KR20240039615A - Secondary battery, manufacturing method thereof, battery module, battery pack, and electrical device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차 전지를 제공하며, 상기 이차 전지는 음극재층을 포함하는 음극판, 양극재층을 포함하는 양극판 및 전해액을 포함하고, 상기 음극재층, 양극재층 및 전해액 중 적어도 하나에는 계면 패시베이터가 포함되며, 상기 계면 패시베이터는 원소 E를 포함하는 화합물이고, 상기 E는 리튬, 나트륨, 베릴륨, 마그네슘, 칼륨, 칼슘, 알루미늄, 갈륨 또는 게르마늄으로부터 선택된다. 본 발명은 또한 이차 전지의 제조 방법, 상기 이차 전지를 포함하는 전지 모듈, 전지 팩 및 전기 장치에 관한 것이다. 본 발명의 이차 전지는 개선된 임피던스 및 균형 잡힌 사이클 성능 및 저장 성능을 갖는다.The present invention provides a secondary battery, wherein the secondary battery includes a negative electrode plate including a negative electrode material layer, a positive electrode plate including a positive electrode material layer, and an electrolyte, and at least one of the negative electrode material layer, the positive electrode material layer, and the electrolyte includes an interface passivator, , the interface passivator is a compound containing the element E, wherein E is selected from lithium, sodium, beryllium, magnesium, potassium, calcium, aluminum, gallium or germanium. The present invention also relates to a method of manufacturing a secondary battery, a battery module including the secondary battery, a battery pack, and an electrical device. The secondary battery of the present invention has improved impedance and balanced cycle performance and storage performance.
Description
본 발명은 리튬 전지 기술분야에 관한 것으로, 특히 이차 전지, 이의 제조 방법, 상기 이차 전지를 포함하는 전지 모듈, 전지 팩 및 전기 장치에 관한 것이다.The present invention relates to the field of lithium battery technology, and particularly to secondary batteries, methods for manufacturing the same, battery modules containing the secondary batteries, battery packs, and electrical devices.
전기 자동차(EV)와 하이브리드 전기 자동차(HEV)의 광범위한 적용에 따라 사람들은 차량의 사용 시간과 사용 비용에 더 많은 관심을 기울이고 있다. 따라서 차량의 에너지 저장 장치인 이차 전지의 사이클 수명은 자연스럽게 해당 분야에서 주목하는 성능 중 하나로 되었다. 예상대로 이차 전지는 사이클 성능이 우수하고, 전지 수명이 길다. 이는 사용자의 사용 비용을 줄일 뿐만 아니라 자원 소비도 더 적어짐을 의미한다. With the widespread application of electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV), people are paying more attention to the vehicle usage time and usage costs. Therefore, the cycle life of secondary batteries, which are energy storage devices for vehicles, has naturally become one of the performance focuses of attention in the field. As expected, secondary batteries have excellent cycle performance and long battery life. This not only reduces user usage costs, but also means less resource consumption.
종래 기술로는 이차 전지의 사이클 성능을 효과적으로 개선할 수 없고, 사이클 성능과 저장 성능의 균형을 맞추기도 어렵다. 따라서, 사이클 및 저장 성능이 개선된 이차 전지 및 이의 제조 방법이 당업계에 요구되고 있다.Conventional technology cannot effectively improve the cycle performance of secondary batteries, and it is difficult to balance cycle performance and storage performance. Accordingly, secondary batteries with improved cycle and storage performance and methods for manufacturing the same are required in the art.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 안출된 것으로, 사이클 및 저장 성능이 개선된 이차 전지 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention was developed in consideration of the above problems, and its purpose is to provide a secondary battery with improved cycle and storage performance and a method for manufacturing the same.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이차 전지, 이의 제조 방법, 전지 모듈, 전지 팩 및 전기 장치를 제공한다. To achieve the above object, the present invention provides a secondary battery, a manufacturing method thereof, a battery module, a battery pack, and an electrical device.
본 발명의 제1 양태는 이차 전지를 제공하며, 상기 이차 전지는음극재층을 포함하는 음극판, 양극재층을 포함하는 양극판 및 전해액을 포함하고; 상기 음극재층, 양극재층 및 전해액 중 적어도 하나에는 계면 패시베이터가 포함되며, 상기 계면 패시베이터는 원소 E를 포함하는 화합물이고, 상기 E는 리튬, 나트륨, 베릴륨, 마그네슘, 칼륨, 칼슘, 알루미늄, 갈륨 또는 게르마늄으로부터 선택된다. 계면 패시베이터를 포함함으로써, 이차 전지는 음극재층의 표면에 유익한 삼원계층을 생성할 수 있다. A first aspect of the present invention provides a secondary battery, wherein the secondary battery includes a negative electrode plate including a negative electrode material layer, a positive electrode plate including a positive electrode material layer, and an electrolyte solution; At least one of the cathode material layer, the anode material layer, and the electrolyte solution includes an interface passivator, and the interface passivator is a compound containing the element E, where E is lithium, sodium, beryllium, magnesium, potassium, calcium, aluminum, and gallium. or germanium. By including an interfacial passivator, the secondary battery can create a beneficial ternary layer on the surface of the negative electrode material layer.
임의의 실시형태에 있어서, 상기 음극재층의 표면은 A-D-E 삼원계층을 갖되, A는 알칼리 금속 원소로부터 선택되고 E와 상이하며, D는 실리콘 또는 탄소이고; 상기 A-D-E 삼원계층은 상기 이차 전지의 적어도 1회 충전 과정에서 상기 계면 패시베이터가 상기 음극재층의 표면에 작용하여 형성된 것이다. 본 발명의 이차 전지는 음극재층의 표면에 삼원계 패시베이션층을 구비하므로, 전지 임피던스를 현저히 감소시키고 전지 사이클 수명 및 저장 성능을 개선할 수 있다. In certain embodiments, the surface of the cathode material layer has an A-D-E ternary layer, wherein A is selected from an alkali metal element and is different from E, and D is silicon or carbon; The A-D-E ternary layer is formed when the interface passivator acts on the surface of the negative electrode material layer during at least one charging process of the secondary battery. Since the secondary battery of the present invention is provided with a ternary passivation layer on the surface of the negative electrode material layer, battery impedance can be significantly reduced and battery cycle life and storage performance can be improved.
임의의 실시형태에 있어서, 상기 계면 패시베이터는 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 알루미늄 및 갈륨의 화합물 중 적어도 하나로부터 선택되고; 선택적으로, 상기 계면 패시베이터는 베릴륨, 마그네슘, 칼슘 및 알루미늄의 화합물 중 적어도 하나로부터 선택된다. 상기 금속 원소를 포함하는 화합물을 선택함으로써, 삼원계층의 안정화 효과를 더욱 개선할 수 있어 이차 전지의 성능을 보다 효과적으로 개선한다. In certain embodiments, the interfacial passivator is selected from at least one of compounds of beryllium, magnesium, calcium, aluminum, and gallium; Optionally, the interfacial passivator is selected from at least one of compounds of beryllium, magnesium, calcium and aluminum. By selecting a compound containing the metal element, the stabilization effect of the ternary layer can be further improved, thereby more effectively improving the performance of the secondary battery.
임의의 실시형태에 있어서, 상기 계면 패시베이터는 치환 또는 비치환된 C1-20 카르복실레이트 중 적어도 하나로부터 선택되고, 치환기는 C1-6 알킬, C2-6 시클로알킬, 히드록실, 아미노, 옥소기, 아실, C1-6 알킬티오, 페닐, 벤조일티오, 페닐티오 및 페녹시; 이미노산염; 에노산염; 인산염; 황산염; 술폰이미드염; 술폰산염; 벤조산염; 프탈산염; 아세틸아세토네이트; 무기 옥소산염; 및 2종 이상의 상기 비전이 금속 양이온을 포함하는 복염으로부터 선택되는 하나 이상이다. 상기 화합물을 계면 패시베이터로 선택함으로써, 이차 전지의 저항, 사이클 수명 및 저장 성능을 보다 효과적으로 개선할 수 있다. In certain embodiments, the interfacial passivator is selected from at least one of substituted or unsubstituted C 1-20 carboxylates, and the substituents are C 1-6 alkyl, C 2-6 cycloalkyl, hydroxyl, amino , oxo group, acyl, C 1-6 alkylthio, phenyl, benzoylthio, phenylthio and phenoxy; iminoates; enoates; phosphate; sulfate; sulfonimide salt; sulfonate; benzoate; phthalate; acetylacetonate; inorganic oxoates; and at least one selected from double salts containing two or more of the above non-transition metal cations. By selecting the above compound as an interface passivator, the resistance, cycle life, and storage performance of the secondary battery can be more effectively improved.
임의의 실시형태에 있어서, 상기 계면 패시베이터는 상기 양극재층, 상기 음극재층 및 상기 전해액 중 적어도 하나에 블렌딩된다. 블렌딩 방식으로 계면 패시베이터를 양극재, 음극재 및 전해액에 첨가함으로써, 이차 전지의 성능을 효과적으로 개선할 수 있다. In certain embodiments, the interfacial passivator is blended into at least one of the anode material layer, the cathode material layer, and the electrolyte solution. By adding an interfacial passivator to the positive electrode material, negative electrode material, and electrolyte solution by blending, the performance of the secondary battery can be effectively improved.
임의의 실시형태에 있어서, 상기 A-D-E 삼원계층은 Li-Si-Ca, Li-Si-Mg, Li-Si-Be, Li-Si-Al, Li-C-Ca, Li-C-Mg, Li-C-Be, Li-C-Al, Na-Si-Ca, Na-Si-Mg, Na-Si-Be, Na-Si-Al, Na-C-Ca, Na-C-Mg, Na-C-Be, Na-C-Al 삼원계층 및 이들의 조합으로부터 선택되고; 선택적으로, 상기 A-D-E 삼원계층은 Li-Si-Ca, Li-Si-Mg, Li-Si-Be, Li-Si-Al, Na-Si-Ca, Na-Si-Mg, Na-Si-Be, Na-Si-Al 삼원계층 및 이들의 조합으로부터 선택된다. 이차 전지에 상기 삼원계층을 포함함으로써, 전지 임피던스, 사이클 수명 및 저장 성능을 효과적으로 개선할 수 있다. In certain embodiments, the A-D-E ternary layer is Li-Si-Ca, Li-Si-Mg, Li-Si-Be, Li-Si-Al, Li-C-Ca, Li-C-Mg, Li- C-Be, Li-C-Al, Na-Si-Ca, Na-Si-Mg, Na-Si-Be, Na-Si-Al, Na-C-Ca, Na-C-Mg, Na-C- selected from Be, Na-C-Al ternary hierarchy, and combinations thereof; Optionally, the A-D-E ternary layer is Li-Si-Ca, Li-Si-Mg, Li-Si-Be, Li-Si-Al, Na-Si-Ca, Na-Si-Mg, Na-Si-Be, It is selected from Na-Si-Al ternary layers and combinations thereof. By including the above three-layer layer in a secondary battery, battery impedance, cycle life, and storage performance can be effectively improved.
임의의 실시형태에 있어서, 상기 적어도 1회 충전 전, 상기 양극재층의 총 중량을 기준으로, 상기 양극재층은 0.001 중량% 내지 20 중량%, 선택적으로는 1 중량% 내지 10 중량%의 상기 계면 패시베이터를 포함한다. In certain embodiments, before the at least one charge, the positive electrode material layer includes 0.001% to 20% by weight, optionally 1% to 10% by weight of the interface pass, based on the total weight of the positive electrode material layer. Including baiters.
임의의 실시형태에 있어서, 상기 적어도 1회 충전 전, 상기 음극재층의 총 중량을 기준으로, 상기 음극재층은 0.001 중량% 내지 20 중량%, 선택적으로는 0.05 중량% 내지 5 중량%의 상기 계면 패시베이터를 포함한다. In certain embodiments, before the at least one charge, the cathode material layer contains 0.001 wt% to 20 wt%, optionally 0.05 wt% to 5 wt% of the interface pass, based on the total weight of the cathode material layer. Including baiters.
임의의 실시형태에 있어서, 상기 적어도 1회 충전 전, 상기 전해액의 총 중량을 기준으로, 상기 전해액은 0.001 중량% 내지 20 중량%, 선택적으로는 0.1 중량% 내지 5 중량%의 상기 계면 패시베이터를 포함한다. In certain embodiments, before the at least one charge, the electrolyte contains 0.001% to 20% by weight, optionally 0.1% to 5% by weight of the interfacial passivator, based on the total weight of the electrolyte. Includes.
패시베이터의 함량을 상기 범위 내로 제어함으로써, 전지 성능을 더욱 개선할 수 있다. By controlling the passivator content within the above range, battery performance can be further improved.
임의의 실시형태에 있어서, 상기 음극재층은 음극 활물질을 포함하고, 상기 음극 활물질의 D50은 1 μm 내지 20 μm, 선택적으로는 2 μm 내지 10 μm이다. 상기 D50을 갖는 음극 활물질을 적용함으로써, 본 발명의 삼원계 계면 패시베이션층의 작용을 효과적으로 발휘하여 이차 전지의 성능을 현저히 개선할 수 있다. In certain embodiments, the negative electrode material layer includes a negative electrode active material, and the D50 of the negative electrode active material is 1 μm to 20 μm, optionally 2 μm to 10 μm. By applying the negative electrode active material having the above D50, the function of the ternary interface passivation layer of the present invention can be effectively exerted, thereby significantly improving the performance of the secondary battery.
임의의 실시형태에 있어서, 상기 음극재층은 음극 활물질을 포함하고, 상기 음극 활물질의 Span 값은 0.9 내지 1.8, 선택적으로는 0.9 내지 1.2이되; In certain embodiments, the negative electrode material layer includes a negative electrode active material, and the negative electrode active material has a Span value of 0.9 to 1.8, optionally 0.9 to 1.2;
이며, and
D90, D10 및 D50은 각각 누적 분포 백분율이 90%, 10% 및 50%일 때 대응되는 입경을 나타낸다. 상기 범위 내의 Span 값을 갖는 음극 활물질을 선택함으로써, 재료가 상대적인 계면 안정성을 갖는 데 유리하고, 전지 성능 개선 효과의 구현에 도움이 된다. D90, D10 and D50 represent the corresponding particle sizes when the cumulative distribution percentage is 90%, 10% and 50%, respectively. By selecting a negative electrode active material with a Span value within the above range, it is advantageous for the material to have relative interfacial stability and is helpful in implementing the effect of improving battery performance.
본 발명의 제2 양태는 이차 전지를 제공하며, 상기 이차 전지는, A second aspect of the present invention provides a secondary battery, the secondary battery comprising:
i) 음극재층을 포함하는 음극판, 양극재층을 포함하는 양극판 및 전해액을 제공하여 사이클을 거치지 않은 이차 전지를 제조하되; 상기 음극재층, 양극재층 및 전해액 중 적어도 하나에는 계면 패시베이터가 포함되며, 상기 계면 패시베이터는 원소 E를 포함하는 화합물이고, 상기 E는 리튬, 나트륨, 베릴륨, 마그네슘, 칼륨, 칼슘, 알루미늄, 갈륨 또는 게르마늄으로부터 선택되는 단계; 및i) A secondary battery that has not been cycled is manufactured by providing a negative electrode plate including a negative electrode material layer, a positive electrode plate including a positive electrode material layer, and an electrolyte solution; At least one of the cathode material layer, the anode material layer, and the electrolyte solution includes an interface passivator, and the interface passivator is a compound containing the element E, where E is lithium, sodium, beryllium, magnesium, potassium, calcium, aluminum, and gallium. or selected from germanium; and
ii) 상기 사이클을 거치지 않은 이차 전지에 대해 적어도 1회 충방전 사이클을 수행하는 단계를 통해 제조된다. ii) It is manufactured through the step of performing at least one charge/discharge cycle on a secondary battery that has not gone through the above cycle.
본 발명의 제3 양태는 이차 전지의 제조 방법을 제공하며, 상기 방법은,A third aspect of the present invention provides a method for manufacturing a secondary battery, the method comprising:
i) 음극재층을 포함하는 음극판, 양극재층을 포함하는 양극판 및 전해액을 제공하여 사이클을 거치지 않은 이차 전지를 제조하되; 상기 음극재층, 양극재층 및 전해액 중 적어도 하나에는 계면 패시베이터가 포함되며, 상기 계면 패시베이터는 원소 E를 포함하는 화합물이고, 상기 E는 리튬, 나트륨, 베릴륨, 마그네슘, 칼륨, 칼슘, 알루미늄, 갈륨 또는 게르마늄으로부터 선택되는 단계; 및i) A secondary battery that has not been cycled is manufactured by providing a negative electrode plate including a negative electrode material layer, a positive electrode plate including a positive electrode material layer, and an electrolyte solution; At least one of the cathode material layer, the anode material layer, and the electrolyte solution includes an interface passivator, and the interface passivator is a compound containing the element E, where E is lithium, sodium, beryllium, magnesium, potassium, calcium, aluminum, and gallium. or selected from germanium; and
ii) 상기 사이클을 거치지 않은 이차 전지에 대해 적어도 1회 충방전 사이클을 수행하여 A-D-E 삼원계층을 형성함으로써 상기 이차 전지를 얻되; A는 알칼리 금속 원소로부터 선택되고 E와 상이하며, D는 실리콘 또는 탄소인 단계를 포함한다. ii) performing at least one charge/discharge cycle on the secondary battery that has not gone through the cycle to form an A-D-E ternary layer to obtain the secondary battery; A is selected from an alkali metal element and is different from E, and D is silicon or carbon.
상기 방법을 통해 음극재층의 표면에 삼원계 패시베이션층을 갖는 이차 전지를 얻을 수 있어, 이차 전지의 임피던스, 사이클 수명 및 저장 성능을 개선할 수 있다. Through the above method, a secondary battery having a ternary passivation layer on the surface of the negative electrode material layer can be obtained, improving the impedance, cycle life, and storage performance of the secondary battery.
임의의 실시형태에 있어서, 상기 계면 패시베이터는 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 알루미늄 및 갈륨의 화합물 중 적어도 하나로부터 선택되고; 선택적으로, 상기 계면 패시베이터는 베릴륨, 마그네슘, 칼슘 및 알루미늄의 화합물 중 적어도 하나로부터 선택된다. 상기 계면 패시베이터를 선택하여 삼원계층을 효과적으로 형성함으로써, 이차 전지의 사이클, 저장 등 성능을 개선할 수 있다. In certain embodiments, the interfacial passivator is selected from at least one of compounds of beryllium, magnesium, calcium, aluminum, and gallium; Optionally, the interfacial passivator is selected from at least one of compounds of beryllium, magnesium, calcium and aluminum. By selecting the interface passivator to effectively form a ternary layer, performance, such as cycle and storage, of the secondary battery can be improved.
임의의 실시형태에 있어서, 상기 계면 패시베이터는 치환 또는 비치환된 C1-20 카르복실레이트 중 적어도 하나로부터 선택되고, 치환기는 C1-6 알킬, C2-6 시클로알킬, 히드록실, 아미노, 옥소기, 아실, C1-6 알킬티오, 페닐, 벤조일티오, 페닐티오 및 페녹시; 이미노산염; 에노산염; 인산염; 황산염; 술폰이미드염; 술폰산염; 벤조산염; 프탈산염; 아세틸아세토네이트; 무기 옥소산염; 및 2종 이상의 상기 비전이 금속 양이온을 포함하는 복염으로부터 선택되는 하나 이상이다. 상기 계면 패시베이터를 선택함으로써, 저항, 사이클 수명 및 저장 성능이 현저히 개선된 이차 전지를 제조할 수 있다. In certain embodiments, the interfacial passivator is selected from at least one of substituted or unsubstituted C 1-20 carboxylates, and the substituents are C 1-6 alkyl, C 2-6 cycloalkyl, hydroxyl, amino , oxo group, acyl, C 1-6 alkylthio, phenyl, benzoylthio, phenylthio and phenoxy; iminoates; enoates; phosphate; sulfate; sulfonimide salt; sulfonate; benzoate; phthalate; acetylacetonate; inorganic oxoates; and at least one selected from double salts containing two or more of the above non-transition metal cations. By selecting the interface passivator, a secondary battery with significantly improved resistance, cycle life, and storage performance can be manufactured.
임의의 실시형태에 있어서, 상기 단계 i)에서 상기 계면 패시베이터는 상기 양극재층, 상기 음극재층 및 상기 전해액 중 적어도 하나에 블렌딩된다. 블렌딩을 통해 삼원계층을 더 쉽게 형성할 수 있어 이차 전지의 성능을 더욱 개선할 수 있다. In certain embodiments, in step i), the interfacial passivator is blended into at least one of the anode material layer, the cathode material layer, and the electrolyte solution. Blending makes it easier to form a ternary layer, which can further improve the performance of secondary batteries.
본 발명의 제4 양태는 본 발명의 제1 및 제2 양태의 이차 전지 또는 본 발명의 제3 양태의 방법에 의해 얻어진 이차 전지를 포함하는 전지 모듈을 제공한다. A fourth aspect of the present invention provides a battery module including the secondary battery of the first and second aspects of the present invention or the secondary battery obtained by the method of the third aspect of the present invention.
본 발명의 제5 양태는 본 발명의 제4 양태의 전지 모듈을 포함하는 전지 팩을 제공한다. A fifth aspect of the present invention provides a battery pack including the battery module of the fourth aspect of the present invention.
본 발명의 제6 양태는 본 발명의 제1 및 제2 양태의 이차 전지, 제3 양태의 방법에 의해 얻어진 이차 전지, 제4 양태의 전지 모듈 또는 제5 양태의 전지 팩 중 적어도 하나를 포함하는 전기 장치를 제공한다. The sixth aspect of the present invention includes at least one of the secondary batteries of the first and second aspects of the present invention, the secondary battery obtained by the method of the third aspect, the battery module of the fourth aspect, or the battery pack of the fifth aspect of the present invention. Provides electrical equipment.
본 발명의 이차 전지 및 본 발명의 제조 방법에 의해 얻어진 이차 전지는 사이클 성능 및 저장 성능이 균형을 이루며, 내부 저항이 낮다.The secondary battery of the present invention and the secondary battery obtained by the manufacturing method of the present invention have balanced cycle performance and storage performance and have low internal resistance.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차 전지의 모식도이다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차 전지의 분해도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전지 모듈의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 전지 팩의 모식도이다.
도 5는 도 4에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 따른 전지 팩의 분해도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차 전지가 전원으로 사용되는 전기 장치의 모식도이다.1 is a schematic diagram of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded view of a secondary battery according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1.
Figure 3 is a schematic diagram of a battery module according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a schematic diagram of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is an exploded view of the battery pack according to an embodiment of the present invention shown in Figure 4.
Figure 6 is a schematic diagram of an electric device using a secondary battery as a power source according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 적절히 참조하여 본 발명의 음극판, 이차 전지, 전지 모듈, 전지 팩 및 전기 장치의 실시형태를 상세히 설명하고 구체적으로 개시한다. 그러나, 경우에 따라 불필요한 상세한 설명을 생략한다. 예를 들어, 공지 사항에 대한 상세한 설명 및 실제로 동일한 구조에 대한 반복 설명은 생략되는 경우가 있다. 이는 하기 설명이 불필요하게 반복되는 것을 방지하고 당업자가 용이하게 이해하도록 하기 위한 것이다. 또한, 첨부된 도면 및 하기 설명은 당업자가 본 발명을 충분히 이해하도록 제공되는 것이며, 특허청구범위에 기재된 주제를 한정하기 위한 것이 아니다. Hereinafter, embodiments of the negative electrode plate, secondary battery, battery module, battery pack, and electric device of the present invention will be described in detail and disclosed in detail with appropriate reference to the accompanying drawings. However, in some cases, unnecessary detailed descriptions are omitted. For example, detailed descriptions of notices and repetitive descriptions of structures that are actually the same may be omitted. This is to prevent unnecessary repetition of the following description and to make it easier for those skilled in the art to understand. In addition, the attached drawings and the following description are provided to enable those skilled in the art to fully understand the present invention, and are not intended to limit the subject matter described in the claims.
본 발명에 개시된 "범위”는 하한 및 상한의 형태로 한정되고, 주어진 범위는 하나의 하한 및 하나의 상한의 선택에 의해 한정되며, 선택된 하한 및 상한은 특정 범위의 경계를 한정한다. 이러한 방식으로 한정된 범위는 끝점 값을 포함하거나 포함하지 않을 수 있으며 임의로 조합될 수 있다. 즉, 임의의 하한과 임의의 상한이 조합되어 하나의 범위를 형성할 수 있다. 예를 들어, 60~120 및 80~110의 범위가 특정 매개변수에 대해 나열되는 경우, 60~110 및 80~120의 범위도 고려되는 것으로 이해되어야 한다. 또한 최소 범위 값 1과 2가 나열되고 최대 범위 값 3, 4, 5가 나열되면 1~3, 1~4, 1~5, 2~3, 2~4 및 2~5의 모든 범위가 예상된다. 본 발명에서, 달리 명시되지 않는 한, 수치 범위 "a~b"는 a와 b 사이의 실수 조합의 축약된 표현을 나타내며, 여기서 a와 b는 모두 실수이다. 예를 들어, 수치 범위 "0~5"는 "0~5" 사이의 모든 실수가 본 명세서에 나열되었음을 의미하고 "0~5"는 이러한 수치 값의 조합을 축약한 표현일 뿐이다. 또한, 특정 매개변수가 ≥2인 정수로 표현되는 경우, 해당 매개변수가 예를 들어 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 등 정수임을 개시한 것과 같다. A "range" disclosed herein is defined in the form of a lower limit and an upper limit, where a given range is defined by the selection of one lower limit and one upper limit, and the selected lower limit and upper limit define the boundaries of the particular range. In this way, Defined ranges may or may not include endpoint values and can be arbitrarily combined, i.e. any lower limit and any upper limit can be combined to form a range, for example 60~120 and 80~ If a range of 110 is listed for a particular parameter, it should be understood that the ranges of 60 to 110 and 80 to 120 are also considered. Additionally, minimum range values 1 and 2 are listed and maximum range values 3, 4, and 5 are listed. All ranges 1 to 3, 1 to 4, 1 to 5, 2 to 3, 2 to 4 and 2 to 5 are expected. In the present invention, unless otherwise specified, the numerical range "a to b" is a Represents an abbreviated representation of a combination of real numbers between and b, where a and b are both real numbers. For example, the numeric range "0 to 5" means that all real numbers between "0 and 5" are listed herein. And "0~5" is only an abbreviated expression of a combination of these numerical values. Additionally, when a specific parameter is expressed as an integer with ≥2, the parameter in question is, for example, 2, 3, 4, 5, 6. , 7, 8, 9, 10, 11, 12, etc. are the same as disclosing that they are integers.
특별한 설명이 없는 한, 본 발명의 모든 실시형태 및 선택적인 실시형태는 서로 조합하여 새로운 기술적 해결수단을 형성할 수 있다. Unless otherwise specified, all embodiments and optional embodiments of the present invention can be combined with each other to form new technical solutions.
특별한 설명이 없는 한, 본 발명의 모든 기술특징 및 선택적인 기술특징은 서로 조합하여 새로운 기술적 해결수단을 형성할 수 있다. Unless otherwise specified, all technical features and optional technical features of the present invention can be combined with each other to form new technical solutions.
특별한 설명이 없는 한, 본 발명의 모든 단계는 순차적으로 수행될 수 있고 랜덤으로 수행될 수 있으며, 순차적으로 수행되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 방법은 단계 (a) 및 (b)를 포함하고, 이는 상기 방법이 순차적으로 수행되는 단계 (a) 및 (b)를 포함할 수 있으며 순차적으로 수행되는 단계 (b) 및 (a)를 포함할 수도 있음을 나타낸다. 예를 들어, 언급된 상기 방법은 단계 (c)를 더 포함할 수 있고, 이는 단계 (c)가 상기 방법에 임의의 순서로 추가될 수 있음을 나타내는 바, 예를 들어, 상기 방법은 단계 (a), (b) 및 (c)를 포함할 수 있고, 단계 (a), (c) 및 (b)를 포함할 수도 있으며, 단계 (c), (a) 및 (b) 등을 포함할 수도 있다. Unless otherwise specified, all steps of the present invention can be performed sequentially or randomly, and are preferably performed sequentially. For example, the method may include steps (a) and (b), which may include steps (a) and (b) performed sequentially, and which may include steps (b) and ( Indicates that a) may be included. For example, the method mentioned may further comprise step (c), indicating that step (c) can be added to the method in any order, for example, the method may include step ( may include steps (a), (b) and (c), may include steps (a), (c) and (b), may include steps (c), (a) and (b), etc. It may be possible.
특별한 설명이 없는 한, 본 발명에서 언급된 "포괄” 및 "포함”은 개방형 및 폐쇄형을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 "포괄” 및 "포함”은 나열되지 않은 다른 성분을 더 포괄하거나 포함할 수 있고, 나열된 성분만 포괄하거나 포함하는 것을 나타낸다. Unless otherwise specified, “inclusive” and “including” mentioned in the present invention may mean open and closed forms. For example, the above “comprehensive” and “includes” indicate that it may further encompass or include other ingredients that are not listed, and that it encompasses or includes only the listed ingredients.
특별한 설명이 없는 한, 본 발명에서 용어 "또는”은 포괄적인 것이다. 예를 들어, 문구 "A 또는 B"는 "A, B, 또는 A 및 B 양자”를 나타낸다. 보다 구체적으로, A는 참(또는 존재)이고 B는 거짓(또는 부재)이며; A는 거짓(또는 부재)이고 B는 참(또는 존재)이며; 또는 A 및 B는 모두 참(또는 존재)인 조건 중 어느 하나는 조건 "A 또는 B"를 모두 만족한다. Unless otherwise specified, the term “or” in the present disclosure is inclusive. For example, the phrase “A or B” refers to “A, B, or both A and B.” More specifically, A is true (or present) and B is false (or absent); A is false (or absent) and B is true (or present); Or, one of the conditions in which both A and B are true (or exists) satisfies both conditions “A or B.”
전기 자동차(EV)와 하이브리드 전기 자동차(HEV)의 광범위한 적용에 따라 사람들은 차량의 사용 시간과 사용 비용에 더 많은 관심을 기울이고 있다. 따라서 차량의 에너지 저장 장치인 이차 전지의 사이클 수명은 자연스럽게 해당 분야에서 주목하는 성능 중 하나로 되었다. 예상대로 이차 전지는 사이클 성능이 우수하고, 전지 수명이 길다. 이는 사용자의 사용 비용을 줄일 뿐만 아니라 자원 소비도 적어짐을 의미한다. With the widespread application of electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV), people are paying more attention to the vehicle usage time and usage costs. Therefore, the cycle life of secondary batteries, which are energy storage devices for vehicles, has naturally become one of the performance focuses of attention in the field. As expected, secondary batteries have excellent cycle performance and long battery life. This not only reduces user usage costs, but also means less resource consumption.
극판 표면의 고체 전해질 계면(SEI) 필름은 이차 전지의 사이클 성능 개선에 중요한 역할을 한다. SEI 필름의 생성은 전해액(또는 전해액 중 전해질 이온, 즉 활성 이온 또는 전하 캐리어 이온)을 소모한다. 따라서, SEI 필름이 사이클 과정에서 반복적으로 손상되고 재생되면, 활성 이온 수송 동역학이 감소하고, 전해액 고갈 및 셀 성능 다이빙으로 이어질 수도 있다. The solid electrolyte interface (SEI) film on the surface of the electrode plate plays an important role in improving the cycle performance of secondary batteries. The production of SEI films consumes electrolyte (or electrolyte ions, i.e. active ions or charge carrier ions) in the electrolyte. Therefore, if the SEI film is repeatedly damaged and regenerated during cycling, the active ion transport kinetics may decrease, leading to electrolyte depletion and cell performance dive.
그러나, 현재 일반적으로 사용되는 양극, 음극 활물질은 사이클 과정에서 모두 다양한 정도로 부피 변화가 발생하는데, 이는 SEI층의 무결성 및 안정성에 영향을 미쳐 전지 성능을 저하시킨다. 특히 실리콘계 음극 활물질의 경우, 부피 변화가 뚜렷하여(변화율은 100%~300%) 상기 문제가 더 두드러진다. However, currently commonly used positive and negative electrode active materials all change in volume to varying degrees during the cycle process, which affects the integrity and stability of the SEI layer and reduces battery performance. In particular, in the case of silicon-based anode active materials, the volume change is clear (change rate is 100% to 300%), making the above problem more prominent.
당업계에서는 재료의 부피 변화에 적응하고 무결성을 유지할 수 있는 SEI 필름층을 추구하는데, 이를 위해 일반적으로 전해액에 첨가제를 첨가하거나 활성 재료 또는 극판의 표면을 피복한다. 그러나 이러한 방법으로 얻은 SEI층은 재료의 부피 변화에 잘 적응하지 못하므로 전지 성능을 현저히 개선시킬 수 없다. 상기에서 알 수 있듯이, 기존의 방법으로는 재료의 부피 변화로 인한 계면 문제를 효과적으로 해결할 수 없다. The industry pursues an SEI film layer that can adapt to changes in the volume of the material and maintain its integrity, which typically involves adding additives to the electrolyte or coating the surface of the active material or electrode plate. However, the SEI layer obtained by this method does not adapt well to changes in material volume, so battery performance cannot be significantly improved. As can be seen from the above, existing methods cannot effectively solve the interface problem caused by changes in the volume of the material.
이 밖에, 사이클 성능과 저장 성능 사이의 신중한 균형에도 도전한다. 양호한 저장 성능 및 긴 사이클 수명은 SEI 필름에 대해 상이하거나 심지어 반대되는 요건을 갖는다는 것은 당업계에 공지되어 있다. 사이클 수명에 있어서, 상대적으로 유연하고 얇은 SEI는 음극재의 부피 변화에 적응할 수 있고 반복 형성 과정에서 소모가 더 적으며 계면 임피던스가 낮기 때문에 유리하다. 반면 저장 수명의 경우, 비 다공성 및 견고한 SEI는 전해질 침투 및 전류 누출을 방지할 수 있기 때문에 유리하다. 그러나 사이클 시, 이처럼 두껍고 유연성이 떨어지는 SEI는 음극재의 부피 변화 시 균열이 발생하여 추가로 전해질을 소모하고 이온 전달에도 영향을 미쳐 상대적으로 초기 용량이 낮고 배율 성능이 저하된다. In addition, it challenges the careful balance between cycle performance and storage performance. It is known in the art that good storage performance and long cycle life have different or even opposing requirements for SEI films. In terms of cycle life, relatively flexible and thin SEI is advantageous because it can adapt to the volume change of the cathode material, consumes less during repeated forming processes, and has a low interfacial impedance. On the other hand, for shelf life, non-porous and rigid SEI is advantageous because it can prevent electrolyte penetration and current leakage. However, during cycling, this thick and inflexible SEI cracks when the volume of the anode material changes, consuming additional electrolyte and affecting ion transport, resulting in a relatively low initial capacity and poor magnification performance.
그러나, 당업계에서 원하는 이차 전지는 양호한 종합 성능, 즉 양호한 사이클 성능 및 저장 성능을 구비해야 한다. However, secondary batteries desired in the art must have good overall performance, that is, good cycle performance and storage performance.
본 발명의 목적은 균형 잡힌 종합 성능, 즉 양호한 사이클 성능 및 저장 성능이 구비된 이차 전지를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 이차 전지의 제조 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 이차 전지는 여러 사이클 후 전지 내부 저항이 더 작고, 사이클 수명이 더 길며, 저장 성능이 더 우수한 양호한 종합 성능을 구비한다. The object of the present invention is to provide a secondary battery with balanced overall performance, that is, good cycle performance and storage performance. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a secondary battery. The secondary battery of the present invention has good overall performance, with smaller battery internal resistance after several cycles, longer cycle life, and better storage performance.
이하, 첨부된 도면을 적절히 참조하여 본 발명의 이차 전지, 전지 모듈, 전지 팩 및 전기 장치를 설명한다. Hereinafter, the secondary battery, battery module, battery pack, and electric device of the present invention will be described with appropriate reference to the attached drawings.
이차 전지 및 이의 제조 방법Secondary battery and method of manufacturing the same
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 본 발명은 이차 전지를 제공하며, 상기 이차 전지는 음극재층을 포함하는 음극판, 양극재층을 포함하는 양극판 및 전해액을 포함하고; 상기 음극재층, 양극재층 및 전해액 중 적어도 하나에는 계면 패시베이터가 포함되며, 상기 계면 패시베이터는 원소 E를 포함하는 화합물이고, 상기 E는 리튬, 나트륨, 베릴륨, 마그네슘, 칼륨, 칼슘, 알루미늄, 갈륨 또는 게르마늄으로부터 선택된다. 어떠한 이론에도 얽매이지 않고, 양극재층, 전해액 및 음극재층 중 적어도 하나에 계면 패시베이터를 포함함으로써, 이차 전지는 새로 제조된 후 적어도 1회 충전 과정에서, 음극재에 활성 이온 인터칼레이션 발생 시 유익한 삼원계층을 생성하여 극판 및 전지 성능을 향상시킨다. In one embodiment of the present invention, the present invention provides a secondary battery, wherein the secondary battery includes a negative electrode plate including a negative electrode material layer, a positive electrode plate including a positive electrode material layer, and an electrolyte solution; At least one of the cathode material layer, the anode material layer, and the electrolyte solution includes an interface passivator, and the interface passivator is a compound containing the element E, where E is lithium, sodium, beryllium, magnesium, potassium, calcium, aluminum, and gallium. or germanium. Without being bound by any theory, by including an interfacial passivator in at least one of the positive electrode material layer, the electrolyte, and the negative electrode material layer, the secondary battery has a beneficial effect when active ion intercalation occurs in the negative electrode material during at least one charging process after being newly manufactured. By creating a ternary layer, the performance of the electrode plate and battery is improved.
본 명세서에서, 이차 전지의 유형에 따라 활성 이온은 리튬 이온 또는 나트륨 이온일 수 있다. 다시 말하면, 리튬 이온 이차 전지의 활성 이온은 리튬 이온이고, 나트륨 이온 이차 전지의 활성 이온은 나트륨 이온이다. In this specification, depending on the type of secondary battery, the active ions may be lithium ions or sodium ions. In other words, the active ion of a lithium ion secondary battery is lithium ion, and the active ion of a sodium ion secondary battery is sodium ion.
일부 실시형태에 있어서, 상기 음극재층의 표면은 A-D-E 삼원계층을 갖되, A는 알칼리 금속 원소로부터 선택되고 E와 상이하며, D는 실리콘 또는 탄소이고; 상기 A-D-E 삼원계층은 상기 이차 전지의 적어도 1회 충전 과정에서 상기 계면 패시베이터가 상기 음극재층의 표면에 작용하여 형성된 것이다. 본 발명의 이차 전지는 음극재층의 표면에 삼원계층을 구비하는데, 상기 층은 음극 계면을 안정화시키고 부피 변화에 적응할 수 있으므로, 극판 및 전지의 성능을 개선하고, 특히 사이클 성능 및 저장 성능의 신중한 균형을 구현할 수 있다. 또한, 충방전 사이클 수가 증가함에 따라, 본 발명의 이차 전지의 장점은 더욱 강조될 것이며, 특히 전지 임피던스가 현저히 감소되고, 전지 사이클 수명 및 저장 성능이 개선된다(예를 들어, 특히 높은 온도에서 사이클 및 저장 후, 용량 유지율이 향상됨). In some embodiments, the surface of the cathode material layer has an A-D-E ternary layer, wherein A is selected from an alkali metal element and is different from E, and D is silicon or carbon; The A-D-E ternary layer is formed when the interface passivator acts on the surface of the negative electrode material layer during at least one charging process of the secondary battery. The secondary battery of the present invention has a ternary layer on the surface of the negative electrode material layer, which stabilizes the negative electrode interface and can adapt to volume changes, thereby improving the performance of the electrode plate and battery, especially carefully balancing cycle performance and storage performance. can be implemented. Additionally, as the number of charge/discharge cycles increases, the advantages of the secondary battery of the present invention will be further emphasized, and in particular, battery impedance is significantly reduced, and battery cycle life and storage performance are improved (e.g., cycle life especially at high temperatures). and after storage, capacity retention rate is improved).
본 명세서에서, “삼원계층” 및 이와 유사한 표현은 동일하거나 유사한 의미를 가지며, 혼용하여 사용할 수 있다. In this specification, “three-way layer” and similar expressions have the same or similar meaning and can be used interchangeably.
일부 실시형태에 있어서, 상기 이차 전지는 리튬 이온 이차 전지 또는 나트륨 이온 이차 전지이다. 이 경우, 본 발명의 계면 패시베이터 또는 상기 삼원계층은 사이클 성능, 임피던스 등을 현저히 개선할 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 상기 이차 전지는 리튬 이온 이차 전지이다. In some embodiments, the secondary battery is a lithium ion secondary battery or a sodium ion secondary battery. In this case, the interface passivator of the present invention or the three-dimensional layer can significantly improve cycle performance, impedance, etc. In some embodiments, the secondary battery is a lithium ion secondary battery.
일부 실시형태에 있어서, 계면 패시베이터는 원자 번호가 20보다 크지 않은 비전이 금속 화합물이다. 이러한 화합물은 유기 또는 무기 화합물일 수 있다. 발명자들은 특히 리튬 이온 이차 전지에서 원자 번호가 20보다 크지 않은 금속 원소의 화합물을 계면 패시베이터로 사용하는 것이 비교적 이상적임을 발견하였다. 특히, 활성이 이차 전지의 활성 이온보다 낮은 금속 화합물을 계면 패시베이터로 선택하는 것이 바람직하다. 이론에 얽매이지 않고, 이러한 계면 패시베이터는 전기화학 반응에서 전자를 얻기 쉽기 때문에 삼원계층 생성이 용이하다. 이에 비해, 전이 금속 화합물은 특정 경우에 성능 개선을 구현하기 어려운데, 이는 전이 금속 원자가 빈 오비탈을 많이 함유하고 있어 삼원계층 형성에 도움이 되지 않을 뿐더러 계면 반응을 강화할 수 있기 때문일 수 있다. In some embodiments, the interfacial passivator is a non-transition metal compound with an atomic number no greater than 20. These compounds may be organic or inorganic. The inventors found that it is relatively ideal to use a compound of a metal element with an atomic number not greater than 20 as an interface passivator, especially in lithium ion secondary batteries. In particular, it is desirable to select a metal compound whose activity is lower than that of the active ion of the secondary battery as the interface passivator. Without being bound by theory, these interfacial passivators are easy to generate electrons in electrochemical reactions, so it is easy to create a ternary layer. In comparison, it is difficult to achieve performance improvement in transition metal compounds in certain cases, which may be because transition metal atoms contain many empty orbitals, which are not helpful in forming a ternary layer and can strengthen the interfacial reaction.
본 명세서에서, 용어 "전이 금속"은 당업계에 공지된 의미를 가지며, 일반적으로 원소 주기율표의 d-블록 및 ds-블록에 있는 금속 원소(d-블록 원소에는 주기 ⅢB 내지 ⅦB족 및 Ⅷ족 원소가 포함되고, 란탄족 및 악티늄족 원소는 제외되며; ds-블록에는 주기율표의 ⅠB~ⅡB족 원소가 포함됨)이다. As used herein, the term "transition metal" has a meaning known in the art and generally includes metal elements in the d-block and ds-block of the Periodic Table of the Elements (d-block elements include elements of periods IIIB to VIIB and VIII). is included, excluding lanthanide and actinide elements; the ds-block includes elements from groups IB to IIB of the periodic table).
일부 실시형태에 있어서, 상기 계면 패시베이터에서, 금속 양이온 부분은 2~5의 원자가를 갖는다. 일부 실시형태에 있어서, 상기 계면 패시베이터는 리튬, 나트륨, 베릴륨, 마그네슘, 칼륨, 칼슘, 알루미늄, 갈륨, 게르마늄 화합물 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있고; 선택적으로, 베릴륨, 마그네슘, 칼륨, 칼슘, 알루미늄, 갈륨, 게르마늄 화합물 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다. In some embodiments, in the interfacial passivator, the metal cation moiety has a valence of 2-5. In some embodiments, the interfacial passivator may be selected from at least one of lithium, sodium, beryllium, magnesium, potassium, calcium, aluminum, gallium, and germanium compounds; Optionally, it may be selected from at least one of beryllium, magnesium, potassium, calcium, aluminum, gallium, and germanium compounds.
일부 실시형태에 있어서, 상기 계면 패시베이터는 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 알루미늄 및 갈륨의 화합물 중 적어도 하나로부터 선택되고; 선택적으로, 상기 계면 패시베이터는 베릴륨, 마그네슘, 칼슘 및 알루미늄의 화합물 중 적어도 하나로부터 선택된다. 상기 금속 원소를 포함하는 화합물을 선택함으로써, 계면 패시베이션층의 효과를 더욱 개선할 수 있어 이차 전지의 성능을 보다 효과적으로 개선할 수 있다. In some embodiments, the interfacial passivator is selected from at least one of compounds of beryllium, magnesium, calcium, aluminum, and gallium; Optionally, the interfacial passivator is selected from at least one of compounds of beryllium, magnesium, calcium and aluminum. By selecting a compound containing the metal element, the effect of the interfacial passivation layer can be further improved, thereby improving the performance of the secondary battery more effectively.
일부 실시형태에 있어서, 상기 계면 패시베이터는 마그네슘, 알루미늄 및 칼슘 화합물 중 둘 또는 셋의 조합으로부터 선택된다. 이러한 계면 패시베이터의 조합을 도입함으로써, 전지 내부 저항 및 사이클, 저장 성능을 더욱 개선할 수 있다. In some embodiments, the interfacial passivator is selected from a combination of two or three of magnesium, aluminum, and calcium compounds. By introducing a combination of these interface passivators, battery internal resistance, cycle, and storage performance can be further improved.
일부 실시형태에 있어서, 상기 계면 패시베이터는 치환 또는 비치환된 C1-20 카르복실레이트 중 적어도 하나로부터 선택되고, 치환기는 C1-6 알킬, C2-6 시클로알킬, 히드록실, 아미노, 옥소기, 아실, C1-6 알킬티오, 페닐, 벤조일티오, 페닐티오 및 페녹시; 이미노산염; 에노산염; 인산염; 황산염; 술폰이미드염; 술폰산염; 벤조산염; 프탈산염; 아세틸아세토네이트; 무기 옥소산염; 및 2종 이상의 상기 비전이 금속 양이온을 포함하는 복염 중 하나 이상으로부터 선택된다. In some embodiments, the interfacial passivator is selected from at least one of substituted or unsubstituted C 1-20 carboxylates, and the substituents are C 1-6 alkyl, C 2-6 cycloalkyl, hydroxyl, amino, oxo group, acyl, C 1-6 alkylthio, phenyl, benzoylthio, phenylthio and phenoxy; iminoates; enoates; phosphate; sulfate; sulfonimide salt; sulfonate; benzoate; phthalate; acetylacetonate; inorganic oxoates; and one or more of double salts containing two or more of the above non-transition metal cations.
일부 실시형태에 있어서, 선택적으로, 상기 계면 패시베이터는 프로피온산칼슘, 스테아르산칼슘, 아세트산칼슘, 시클로헥산부티르산칼슘, 포름산칼슘, DL-말산칼슘, 글리콜산칼슘, 칼슘 3-메틸-2-옥소부티레이트, 칼슘 레불리네이트, 칼슘 2-에틸헥사노에이트, 2-하이드록시-4-(메틸티오)부티레이트, 칼슘 DL-글리세레이트, 스테아르산알루미늄, 모노스테아린산알루미늄, 아세트산알루미늄 염기, 테레프탈산알루미늄, 아세트산알루미늄, 옥살산알루미늄, 디스테아린산알루미늄, 젖산알루미늄, 스테아르산마그네슘, 젖산마그네슘, 옥살산마그네슘, 아세트산마그네슘, 구연산마그네슘, 발프로산마그네슘, 2-에틸헥사노산마그네슘, 2-에틸부티르산마그네슘, 페녹시아산마그네슘, 칼슘 비스(노나플루오로부틸술포닐)이미드, 칼슘 비스(플루오로술포닐)이미드, 칼슘 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 마그네슘 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 칼슘 메탄술포네이트, 칼슘 2,5-디하이드록시벤젠술포네이트, 칼슘 트리플루오로메탄술포네이트, 칼슘 도베실레이트, 마그네슘 트리플루오로메탄술포네이트, 알루미늄 트리스(트리플루오로설포네이트), 칼슘 벤조에이트, 칼슘 프탈레이트, 칼슘 4-아미노살리실레이트, 칼슘 아세틸아세토네이트, 칼슘 헥사플루오로아세틸아세토네이트, 베릴륨 아세틸아세토네이트, 마그네슘 아세틸아세토네이트, 마그네슘 비스(2,4-펜탄디온), 마그네슘 트리플루오로아세틸아세토네이트, 마그네슘 헥사플루오로아세틸아세토네이트, 알루미늄 아세틸아세토네이트, 알루미늄 트리스(트리플루오로-2,4-펜탄디온), 메타붕산칼슘, 질산칼슘, 메타인산알루미늄, 과염소산알루미늄, 인산이수소알루미늄, 차아인산알루미늄, 인산알루미늄, 과염소산마그네슘, 메타붕산마그네슘, 질산마그네슘, 황산베릴륨, 알루민산칼슘, 트리에틸알루미늄, 트리옥틸알루미늄, 트리-n-부틸알루미늄, 디메틸알루미늄이소프로폭사이드, 트리(헥사데실)알루미늄, 마그네슘 디센, 디-n-부틸마그네슘, n-부틸에틸마그네슘, 비스(에틸시클로펜타디에닐)마그네슘, 비스(펜타디엔 메틸시클로펜타디에닐)마그네슘, 비스(시클로펜타디에닐)마그네슘, 비스(n-프로필시클로펜타디에닐)마그네슘, 비스(에틸시클로펜타디에닐)마그네슘, 비스(2-(2-히드록시페닐)피리딘)베릴륨, 칼슘 비스(펜타메틸시클로펜타디에닐)테트라히드로푸란, 알루미늄이소프로폭사이드, 알루미늄에톡사이드, 알루미늄tert-부톡사이드, 알루미늄sec-부톡사이드, 알루미늄n-부톡사이드, 루미늄sec-부톡사이드, 비스(2-에틸레이트헥산산)알루미늄하이드록시, 마그네슘메톡사이드, 마그네슘에톡사이드, 마그네슘 tert-부톡시드, 마그네슘 알루미늄 실리케이트, 칼슘 메타크릴레이트, 칼슘 소르베이트(2,4-헥사디에노산), 아크릴산알루미늄, 아크릴산마그네슘, 피트산칼슘, 비스(2-에틸헥실)인산헤미칼슘, 디에틸포스피네이트알루미늄, 라우릴황산마그네슘, 프로피오페논칼슘아세토네이트 및 칼슘아세토네이트 중 적어도 하나로부터 선택된다. In some embodiments, optionally, the interfacial passivator is calcium propionate, calcium stearate, calcium acetate, calcium cyclohexanebutyrate, calcium formate, calcium DL-malate, calcium glycolate, calcium 3-methyl-2-oxobutyrate. , calcium levulinate, calcium 2-ethylhexanoate, 2-hydroxy-4-(methylthio)butyrate, calcium DL-glycerate, aluminum stearate, aluminum monostearate, aluminum acetate base, aluminum terephthalate, aluminum acetate. , aluminum oxalate, aluminum distearate, aluminum lactate, magnesium stearate, magnesium lactate, magnesium oxalate, magnesium acetate, magnesium citrate, magnesium valproate, magnesium 2-ethylhexanoate, magnesium 2-ethylbutyrate, magnesium phenoxylate, Calcium bis(nonafluorobutylsulfonyl)imide, calcium bis(fluorosulfonyl)imide, calcium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, magnesium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, Calcium methanesulfonate, calcium 2,5-dihydroxybenzenesulfonate, calcium trifluoromethanesulfonate, calcium dobesylate, magnesium trifluoromethanesulfonate, aluminum tris(trifluorosulfonate), calcium benzoate. Acetylate, Calcium Phthalate, Calcium 4-aminosalicylate, Calcium Acetylacetonate, Calcium Hexafluoroacetylacetonate, Beryllium Acetylacetonate, Magnesium Acetylacetonate, Magnesium Bis(2,4-Pentanedione), Magnesium Trifluoride Roacetylacetonate, magnesium hexafluoroacetylacetonate, aluminum acetylacetonate, aluminum tris(trifluoro-2,4-pentanedione), calcium metaborate, calcium nitrate, aluminum metaphosphate, aluminum perchlorate, dihydrogen phosphate Aluminum, aluminum hypophosphite, aluminum phosphate, magnesium perchlorate, magnesium metaborate, magnesium nitrate, beryllium sulfate, calcium aluminate, triethyl aluminum, trioctyl aluminum, tri-n-butyl aluminum, dimethyl aluminum isopropoxide, tri( Hexadecyl)aluminum, magnesium dicene, di-n-butylmagnesium, n-butylethylmagnesium, bis(ethylcyclopentadienyl)magnesium, bis(pentadiene methylcyclopentadienyl)magnesium, bis(cyclopentadienyl) Magnesium, bis(n-propylcyclopentadienyl)magnesium, bis(ethylcyclopentadienyl)magnesium, bis(2-(2-hydroxyphenyl)pyridine)beryllium, calcium bis(pentamethylcyclopentadienyl)tetra Hydrofuran, aluminum isopropoxide, aluminum ethoxide, aluminum tert-butoxide, aluminum sec-butoxide, aluminum n-butoxide, aluminum sec-butoxide, bis(2-ethylate hexanoic acid) aluminum hydroxy , magnesium methoxide, magnesium ethoxide, magnesium tert-butoxide, magnesium aluminum silicate, calcium methacrylate, calcium sorbate (2,4-hexadienoic acid), aluminum acrylate, magnesium acrylate, calcium phytate, bis( 2-ethylhexyl) is selected from at least one of hemicalcium phosphate, aluminum diethylphosphinate, magnesium lauryl sulfate, propiophenone calcium acetonate, and calcium acetonate.
일부 실시형태에 있어서, 선택적으로, 상기 계면 패시베이터는 플루오로술폰이미드염, 아세틸아세토네이트 및 무기 옥소산염 중 적어도 하나로부터 선택된다. 일부 실시형태에 있어서, 상기 무기 옥소산염은 메타붕산, 질산, 메타인산, 과염소산, 인산, 차아인산, 황산, 알루민산 중 적어도 하나로부터 선택된다. 일부 실시형태에 있어서, 상기 계면 패시베이터는 플루오로술폰이미드염, 아세틸아세토네이트, 플루오로아세틸아세토네이트, 질산염, 인산염, 과염소산염 및 황산염 중 적어도 하나로부터 선택된다. In some embodiments, optionally, the interfacial passivator is selected from at least one of fluorosulfonimide salts, acetylacetonates, and inorganic oxoates. In some embodiments, the inorganic oxo acid salt is selected from at least one of metaboric acid, nitric acid, metaphosphoric acid, perchloric acid, phosphoric acid, hypophosphorous acid, sulfuric acid, and aluminic acid. In some embodiments, the interfacial passivator is selected from at least one of fluorosulfonimide salts, acetylacetonate, fluoroacetylacetonate, nitrate, phosphate, perchlorate, and sulfate.
일부 실시형태에 있어서, 선택적으로, 상기 계면 패시베이터는 칼슘 비스(노나플루오로부틸술포닐)이미드, 질산칼슘, 트리스(트리플루오로-2,4-펜탄디오일)알루미늄, 인산알루미늄, 마그네슘 헥사플루오로아세틸아세토네이트, 과염소산마그네슘, 베릴륨 아세틸아세토네이트 및 황산베릴륨 중 적어도 하나로부터 선택된다. In some embodiments, optionally, the interfacial passivator is calcium bis(nonafluorobutylsulfonyl)imide, calcium nitrate, tris(trifluoro-2,4-pentanediyl)aluminum, aluminum phosphate, magnesium. It is selected from at least one of hexafluoroacetylacetonate, magnesium perchlorate, beryllium acetylacetonate and beryllium sulfate.
상기 계면 패시베이터를 선택함으로써, 이차 전지의 저항을 감소시키고, 사이클 수명과 저장 성능 사이의 신중한 균형을 구현할 수 있다. By selecting the interface passivator, it is possible to reduce the resistance of the secondary battery and achieve a careful balance between cycle life and storage performance.
일부 실시형태에 있어서, 상기 계면 패시베이터는 상기 양극재층(또는 양극 슬러리), 상기 음극재층(또는 음극 슬러리) 및 상기 전해액 중 적어도 하나에 블렌딩된다. 블렌딩 방식으로 계면 패시베이터를 전지 시스템에 직접 첨가함으로써, 상기 삼원계층의 형성에 보다 유리하다. In some embodiments, the interfacial passivator is blended into at least one of the anode material layer (or anode slurry), the cathode material layer (or cathode slurry), and the electrolyte solution. By adding the interfacial passivator directly to the battery system by blending, it is more advantageous to form the ternary layer.
본 명세서에서, “블렌딩”은 계면 패시베이터가 직접 도핑 및 혼합되어 슬러리 또는 전해액에 살포(또는 분산)되는 것을 의미한다. 블렌딩에는 피복이 포함되지 않는다. In this specification, “blending” means that the interfacial passivator is directly doped and mixed and spread (or dispersed) in a slurry or electrolyte solution. Blending does not include covering.
일부 실시형태에 있어서, 상기 A-D-E 삼원계층은 Li-Si-Ca, Li-Si-Mg, Li-Si-Be, Li-Si-Al, Li-C-Ca, Li-C-Mg, Li-C-Be, Li-C-Al, Na-Si-Ca, Na-Si-Mg, Na-Si-Be, Na-Si-Al, Na-C-Ca, Na-C-Mg, Na-C-Be, Na-C-Al 삼원계층 및 이들의 조합으로부터 선택된다. 일부 실시형태에 있어서, 선택적으로, 상기 A-D-E 삼원계층은 Li-Si-Ca, Li-Si-Mg, Li-Si-Be, Li-Si-Al, Na-Si-Ca, Na-Si-Mg, Na-Si-Be, Na-Si-Al 삼원계층 및 이들의 조합으로부터 선택된다. 이차 전지에 상기 삼원계 계면 패시베이션층을 포함함으로써, 전지 임피던스, 사이클 수명 및 저장 성능을 효과적으로 개선할 수 있다. In some embodiments, the A-D-E ternary layer is Li-Si-Ca, Li-Si-Mg, Li-Si-Be, Li-Si-Al, Li-C-Ca, Li-C-Mg, Li-C -Be, Li-C-Al, Na-Si-Ca, Na-Si-Mg, Na-Si-Be, Na-Si-Al, Na-C-Ca, Na-C-Mg, Na-C-Be , Na-C-Al ternary hierarchy, and combinations thereof. In some embodiments, optionally, the A-D-E ternary layer is Li-Si-Ca, Li-Si-Mg, Li-Si-Be, Li-Si-Al, Na-Si-Ca, Na-Si-Mg, It is selected from Na-Si-Be, Na-Si-Al ternary layer, and combinations thereof. By including the ternary interface passivation layer in a secondary battery, battery impedance, cycle life, and storage performance can be effectively improved.
일부 실시형태에 있어서, 상기 삼원계층은 이차 전지의 적어도 1회 충전 사이클 과정에서 계면 패시베이터가 음극재의 표면에 작용하여 형성된 것이다. 일부 실시형태에 있어서, 상기 삼원계층은 상기 이차 전지의 1~3회, 선택적으로1~2회, 보다 선택적으로 1회 충전 사이클 과정에서 형성된다. In some embodiments, the ternary layer is formed by an interfacial passivator acting on the surface of the anode material during at least one charging cycle of the secondary battery. In some embodiments, the ternary layer is formed during one to three charging cycles of the secondary battery, optionally one to two charging cycles, and more optionally one charging cycle.
일부 실시형태에 있어서, 상기 적어도 1회 충전 전, 상기 양극재층의 총 중량을 기준으로, 상기 양극재층은 0.001 중량% 내지 20 중량%, 선택적으로는 1 중량% 내지 10 중량%의 상기 계면 패시베이터를 포함한다. In some embodiments, before the at least one charge, the positive electrode material layer contains 0.001% to 20% by weight, optionally 1% to 10% by weight of the interface passivator, based on the total weight of the positive electrode material layer. Includes.
일부 실시형태에 있어서, 상기 적어도 1회 충전 전, 상기 음극재층의 총 중량을 기준으로, 상기 음극재층은 0.001 중량% 내지 20 중량%, 선택적으로는 0.05 중량% 내지 5 중량%의 상기 계면 패시베이터를 포함한다. In some embodiments, before the at least one charge, based on the total weight of the negative electrode material layer, the negative electrode material layer contains 0.001% to 20% by weight, optionally 0.05% to 5% by weight of the interface passivator. Includes.
일부 실시형태에 있어서, 상기 적어도 1회 충전 전, 상기 전해액의 총 중량을 기준으로, 상기 전해액은 0.001 중량% 내지 20 중량%, 선택적으로는 0.1 중량% 내지 5 중량%의 상기 계면 패시베이터를 포함한다. 일부 실시형태에 있어서, 선택적으로, 상기 적어도 1회 충전 전, 상기 전해액의 총 중량을 기준으로, 상기 전해액은 0.2 중량% 내지 5 중량%, 선택적으로0.3 중량% 내지 5 중량%의 상기 계면 패시베이터를 포함한다. In some embodiments, prior to the at least one charge, the electrolyte comprises 0.001% to 20% by weight, optionally 0.1% to 5% by weight of the interfacial passivator, based on the total weight of the electrolyte. do. In some embodiments, optionally, prior to the at least one charge, the electrolyte solution contains 0.2% to 5% by weight, optionally 0.3% to 5% by weight of the interfacial passivator, based on the total weight of the electrolyte solution. Includes.
패시베이터의 함량을 상기 범위 내로 제어함으로써, 전지 성능을 더욱 개선할 수 있다. 함량이 너무 낮으면, 효과적인 삼원계 계면 패시베이션층을 형성할 수 없고; 함량이 너무 높으면, 극판 재료층의 벌크상에도 삼원계 상이 생성되어 셀의 에너지 밀도가 낮아질 수 있다. By controlling the passivator content within the above range, battery performance can be further improved. If the content is too low, an effective ternary interface passivation layer cannot be formed; If the content is too high, a ternary phase may be generated in the bulk phase of the electrode material layer, lowering the energy density of the cell.
일부 실시형태에 있어서, 상기 음극재층에 상기 계면 패시베이터가 포함되는 것이 유리하다. 이때 계면 패시베이터의 첨가량이 적으므로, 예기한 목적을 달성하는 동시에 전해질 성분 또는 성능에 미치는 영향을 줄인다. In some embodiments, it is advantageous for the anode material layer to include the interfacial passivator. At this time, since the amount of interfacial passivator added is small, the expected purpose is achieved while reducing the impact on electrolyte components or performance.
일부 실시형태에 있어서, 상기 음극 활물질층은 실리콘계 음극 활물질 또는 탄소계 음극 활물질을 포함한다. 특히, 일부 실시형태에 있어서, 상기 음극재층은 실리콘계 음극 활물질을 포함한다. 부피 변화가 큰 음극재를 사용하는 경우, 이차 전지에 본 발명의 삼원계층을 포함시키는 이점은 특히 현저하다. 상기 음극재층이 실리콘계 음극재(심지어 실리콘계 음극 활물질로 구성됨)를 포함하는 경우, 이러한 이차 전지 시스템에 본 발명의 계면 패시베이터를 첨가하는 것이 특히 유리하다. In some embodiments, the negative electrode active material layer includes a silicon-based negative electrode active material or a carbon-based negative electrode active material. In particular, in some embodiments, the negative electrode material layer includes a silicon-based negative electrode active material. When using a negative electrode material with a large change in volume, the advantage of including the ternary layer of the present invention in a secondary battery is particularly significant. When the negative electrode material layer includes a silicon-based negative electrode material (even composed of a silicon-based negative electrode active material), it is particularly advantageous to add the interfacial passivator of the present invention to such a secondary battery system.
일부 실시형태에 있어서, 상기 음극 활물질의 D50은 1 μm 내지 20 μm, 선택적으로는 2 μm 내지 10 μm이다. 상기 D50을 갖는 재료를 사용함으로써, 본 발명의 삼원계층의 계면 패시베이팅 작용을 효과적으로 발휘할 수 있어 이차 전지의 성능이 현저히 개선되고, 극판의 제조 용이성과 성능 우월성이 균형을 이룬다. D50이 상기 범위 내인 재료를 사용함으로써, 과도한 재료 비표면적으로 인한 과도한 계면 활성을 방지할 수 있어 계면 패시베이션층의 원하는 성능 개선에 유리하고; 동시에 활성 이온 이동에 대한 억제를 방지할 수 있어 전지의 전반적인 성능을 개선하는 데 유리하다. In some embodiments, the D50 of the negative electrode active material is 1 μm to 20 μm, optionally 2 μm to 10 μm. By using a material having the above D50, the interfacial passivating effect of the ternary layer of the present invention can be effectively exerted, thereby significantly improving the performance of the secondary battery, and achieving a balance between the ease of manufacturing of the electrode plate and superior performance. By using a material whose D50 is within the above range, excessive interfacial activity due to excessive material specific surface area can be prevented, which is advantageous for improving the desired performance of the interfacial passivation layer; At the same time, inhibition of active ion movement can be prevented, which is advantageous in improving the overall performance of the battery.
일부 실시형태에 있어서, 상기 음극 활물질의 Span 값은 0.9 내지 1.8, 선택적으로는 0.9 내지 1.2이되; In some embodiments, the negative electrode active material has a Span value of 0.9 to 1.8, optionally 0.9 to 1.2;
이고, ego,
D90, D10 및 D50은 각각 누적 분포 백분율이 90%, 10% 및 50%일 때 대응되는 입경을 나타낸다. 본 명세서에서, D90, D10 및 D50의 단위는 μm이다. 상기 범위 내의 Span 값을 갖는 음극 활물질을 선택함으로써, 재료가 상대적인 계면 안정성을 갖는 데 유리하고, 전지 성능 개선 효과의 구현에 도움이 된다. D90, D10 and D50 represent the corresponding particle sizes when the cumulative distribution percentage is 90%, 10% and 50%, respectively. In this specification, the units of D90, D10 and D50 are μm. By selecting a negative electrode active material with a Span value within the above range, it is advantageous for the material to have relative interfacial stability and is helpful in implementing the effect of improving battery performance.
본 명세서에서, “Span 값”은 재료의 입도 분포 폭을 특성화한다. Span 값은 위에 정의된 무차원 수이다. 상기 범위 내의 Span 값을 갖는 음극재를 사용함으로써, 재료가 상대적인 계면 안정성을 갖는 데 유리하고, 전지 성능 개선 효과의 구현에 도움이 된다. In this specification, “Span value” characterizes the width of the particle size distribution of a material. The Span value is a dimensionless number defined above. By using a negative electrode material having a Span value within the above range, it is advantageous for the material to have relative interfacial stability and is helpful in implementing the effect of improving battery performance.
일부 실시형태에 있어서, 상기 음극 활물질의 D50은 1μm~20μm이고, Span 값은 0.9~1.8이다. 다른 일부 실시형태에 있어서, 상기 음극 활물질의 D50은 바람직하게는 3μm~10μm이고, Span 값은 바람직하게는 0.9~1.2이다. In some embodiments, the D50 of the negative electrode active material is 1 μm to 20 μm, and the Span value is 0.9 to 1.8. In some other embodiments, the D50 of the negative electrode active material is preferably 3 μm to 10 μm, and the Span value is preferably 0.9 to 1.2.
본 발명의 제2 양태는 이차 전지를 제공하며, 상기 이차 전지는, A second aspect of the present invention provides a secondary battery, the secondary battery comprising:
i) 음극재층을 포함하는 음극판, 양극재층을 포함하는 양극판 및 전해액을 제공하여 사이클을 거치지 않은 이차 전지를 제조하되; 상기 음극재층, 양극재층 및 전해액 중 적어도 하나에는 계면 패시베이터가 포함되며, 상기 계면 패시베이터는 원소 E를 포함하는 화합물이고, 상기 E는 리튬, 나트륨, 베릴륨, 마그네슘, 칼륨, 칼슘, 알루미늄, 갈륨 또는 게르마늄으로부터 선택되는 단계; 및i) A secondary battery that has not been cycled is manufactured by providing a negative electrode plate including a negative electrode material layer, a positive electrode plate including a positive electrode material layer, and an electrolyte solution; At least one of the cathode material layer, the anode material layer, and the electrolyte solution includes an interface passivator, and the interface passivator is a compound containing the element E, where E is lithium, sodium, beryllium, magnesium, potassium, calcium, aluminum, and gallium. or selected from germanium; and
ii) 상기 사이클을 거치지 않은 이차 전지에 대해 적어도 1회 충방전 사이클을 수행하는 단계를 통해 제조된다. ii) It is manufactured through the step of performing at least one charge/discharge cycle on a secondary battery that has not gone through the above cycle.
본 발명의 제3 양태는 이차 전지의 제조 방법을 제공하며, 상기 방법은,A third aspect of the present invention provides a method for manufacturing a secondary battery, the method comprising:
i) 음극재층을 포함하는 음극판, 양극재층을 포함하는 양극판 및 전해액을 제공하여 사이클을 거치지 않은 이차 전지를 제조하되; 상기 음극재층, 양극재층 및 전해액 중 적어도 하나에는 계면 패시베이터가 포함되며, 상기 계면 패시베이터는 원소 E를 포함하는 화합물이고, 상기 E는 리튬, 나트륨, 베릴륨, 마그네슘, 칼륨, 칼슘, 알루미늄, 갈륨 또는 게르마늄으로부터 선택되는 단계; 및i) A secondary battery that has not been cycled is manufactured by providing a negative electrode plate including a negative electrode material layer, a positive electrode plate including a positive electrode material layer, and an electrolyte solution; At least one of the cathode material layer, the anode material layer, and the electrolyte solution includes an interface passivator, and the interface passivator is a compound containing the element E, where E is lithium, sodium, beryllium, magnesium, potassium, calcium, aluminum, and gallium. or selected from germanium; and
ii) 상기 사이클을 거치지 않은 이차 전지에 대해 적어도 1회 충방전 사이클을 수행하여 A-D-E 삼원계층을 형성함으로써 상기 이차 전지를 얻되; A는 알칼리 금속 원소로부터 선택되고 E와 상이하며, D는 실리콘 또는 탄소인 단계를 포함한다. ii) performing at least one charge/discharge cycle on the secondary battery that has not gone through the cycle to form an A-D-E ternary layer to obtain the secondary battery; A is selected from an alkali metal element and is different from E, and D is silicon or carbon.
상기 방법에 의해 최종적으로 제조된 이차 전지는 음극재층의 표면에 삼원계 패시베이션층이 구비된 이차 전지로서, 개선된 임피던스, 사이클 수명 및 저장 성능을 갖는다. The secondary battery finally manufactured by the above method is a secondary battery provided with a ternary passivation layer on the surface of the negative electrode material layer, and has improved impedance, cycle life, and storage performance.
일부 실시형태에 있어서, 단계 i)은, a) 양극 슬러리, 음극 슬러리 및 전해액을 제공하되, 양극 슬러리, 음극 슬러리 및 전해액 중 적어도 하나에는 계면 패시베이터가 블렌딩되는 단계를 포함한다. In some embodiments, step i) includes a) providing an anode slurry, a cathode slurry, and an electrolyte solution, wherein at least one of the anode slurry, the cathode slurry, and the electrolyte solution is blended with an interfacial passivator.
일부 실시형태에 있어서, 단계 i)는, b) 상기 양극 슬러리 및 상기 음극 슬러리를 각각 양극 집전체 및 음극 집전체의 적어도 하나의 표면에 코팅하여 양극판 및 음극판을 얻고, 상기 양극판, 상기 음극 슬러리 및 상기 전해액을 상기 사이클을 거치지 않은 이차 전지로 조립하는 단계를 포함한다. In some embodiments, step i) includes: b) coating the positive electrode slurry and the negative electrode slurry on at least one surface of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector, respectively, to obtain a positive electrode plate and a negative electrode plate; and assembling the electrolyte into a secondary battery that has not been cycled.
이론에 얽매이지 않고, 음극판 재료층이 계면 패시베이터를 포함하는 경우, 상기 적어도 1회 충방전 사이클 수행 시, 계면 패시베이터는 음극판 재료층에 직접 작용하여 삼원계층을 형성하고; 양극판 재료층 및/또는 전해액이 계면 패시베이터를 포함하는 경우, 상기 적어도 1회 충방전 사이클 수행 시, 상기 계면 패시베이터는 전압 작용 하에 음극판 재료층의 표면으로 이동하여 삼원계층을 생성한다. 예를 들어, 계면 패시베이터, 이차 전지의 활성 이온 및 음극 활물질은 전압 작용 하에 상기 삼원계층을 형성한다. 본 발명은 음극판 재료층의 표면에 삼원계층을 형성함으로써 전지 성능을 개선한다. Without being bound by theory, when the negative electrode material layer includes an interface passivator, when performing the at least one charge/discharge cycle, the interface passivator acts directly on the negative electrode material layer to form a three-dimensional layer; When the positive electrode material layer and/or the electrolyte solution include an interface passivator, when performing the at least one charge/discharge cycle, the interface passivator moves to the surface of the negative electrode material layer under the action of voltage to create a three-dimensional layer. For example, the interface passivator, the active ions of the secondary battery, and the negative electrode active material form the ternary layer under the action of voltage. The present invention improves battery performance by forming a ternary layer on the surface of the negative electrode material layer.
일부 실시형태에 있어서, 단계 ii)에서 상기 적어도 1회 충방전 사이클은 3V 내지 4.3V의 전압에서 수행된다. In some embodiments, the at least one charge/discharge cycle in step ii) is performed at a voltage of 3V to 4.3V.
일부 실시형태에 있어서, 단계 ii)는 화성 단계이다. In some embodiments, step ii) is a chemical step.
본 명세서에서, 용어 "화성"은 당업계에 공지된 의미를 갖는 바, 일반적으로 새로 제조된 이차 전지를 처음 충전할 때, 리튬 이온의 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 발생되어 음극 활물질을 활성화시키고 음극재층의 표면에 패시베이션층, 예를 들어, 고체 전해질 계면 필름(SEI 필름)을 형성하는 것을 의미한다. In this specification, the term "chemical formation" has a meaning known in the art. Generally, when a newly manufactured secondary battery is first charged, intercalation and deintercalation of lithium ions occur to activate the negative electrode active material. This means forming a passivation layer, for example, a solid electrolyte interface film (SEI film), on the surface of the cathode material layer.
일부 실시형태에 있어서, 상기 계면 패시베이터는 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 알루미늄 및 갈륨의 화합물 중 적어도 하나로부터 선택되고; 선택적으로, 상기 계면 패시베이터는 베릴륨, 마그네슘, 칼슘 및 알루미늄의 화합물 중 적어도 하나로부터 선택된다. In some embodiments, the interfacial passivator is selected from at least one of compounds of beryllium, magnesium, calcium, aluminum, and gallium; Optionally, the interfacial passivator is selected from at least one of compounds of beryllium, magnesium, calcium and aluminum.
일부 실시형태에 있어서, 상기 적어도 1회 충전 전, 상기 양극재층의 총 중량을 기준으로, 상기 양극재층은 0.001 중량% 내지 20 중량%, 선택적으로는 1 중량% 내지 10 중량%의 상기 계면 패시베이터를 포함한다. In some embodiments, before the at least one charge, the positive electrode material layer contains 0.001% to 20% by weight, optionally 1% to 10% by weight of the interface passivator, based on the total weight of the positive electrode material layer. Includes.
일부 실시형태에 있어서, 상기 적어도 1회 충전 전, 상기 음극재층의 총 중량을 기준으로, 상기 음극재층은 0.001 중량% 내지 20 중량%, 선택적으로는 0.05 중량% 내지 5 중량%의 상기 계면 패시베이터를 포함한다. In some embodiments, before the at least one charge, based on the total weight of the negative electrode material layer, the negative electrode material layer contains 0.001% to 20% by weight, optionally 0.05% to 5% by weight of the interface passivator. Includes.
일부 실시형태에 있어서, 상기 적어도 1회 충전 전, 상기 전해액의 총 중량을 기준으로, 상기 전해액은 0.001 중량% 내지 20 중량%, 선택적으로는 0.1 중량% 내지 5 중량%의 상기 계면 패시베이터를 포함한다. In some embodiments, prior to the at least one charge, the electrolyte comprises 0.001% to 20% by weight, optionally 0.1% to 5% by weight of the interfacial passivator, based on the total weight of the electrolyte. do.
일부 실시형태에 있어서, 계면 패시베이터는 블렌딩(또는 혼합) 방식으로 양극판 재료 슬러리, 음극판 재료 슬러리 또는 전해액에 첨가된다. In some embodiments, the interfacial passivator is added to the positive plate material slurry, negative plate material slurry, or electrolyte solution in a blended (or mixed) manner.
양극재 슬러리는 양극 활물질, 계면 패시베이터, 용매 및 선택적으로 첨가제를 포함한다. 일부 실시형태에 있어서, 상기 양극재 슬러리의 건조 중량을 기준으로, 양극재 슬러리는 0.001 중량% 내지 20 중량%, 선택적으로는 1 중량% 내지 10 중량%의 계면 패시베이터를 포함한다. The cathode material slurry includes a cathode active material, an interfacial passivator, a solvent, and optionally additives. In some embodiments, based on the dry weight of the cathode material slurry, the cathode material slurry includes 0.001% to 20% by weight, optionally 1% to 10% by weight, of an interfacial passivator.
음극재 슬러리는 음극 활물질, 계면 패시베이터, 용매 및 선택적으로 첨가제를 포함한다. 일부 실시형태에 있어서, 상기 음극재 슬러리의 건조 중량을 기준으로, 음극재 슬러리는 0.001 중량% 내지 20 중량%, 선택적으로는 0.05 중량% 내지 5 중량%의 계면 패시베이터를 포함한다. The anode material slurry includes an anode active material, an interfacial passivator, a solvent, and optionally additives. In some embodiments, based on the dry weight of the anode material slurry, the anode material slurry includes 0.001% to 20% by weight, optionally 0.05% to 5% by weight of an interfacial passivator.
상기 함량 범위 내의 계면 패시베이터를 사용함으로써, 음극판 재료층의 표면에 효과적으로 삼원계층을 형성하여 계면을 패시베이팅하고, 계면을 보호하며, 이차 전지의 성능을 개선하는 작용을 구현한다. By using the interface passivator within the above content range, the effect of effectively forming a ternary layer on the surface of the negative electrode material layer is to passivate the interface, protect the interface, and improve the performance of the secondary battery.
일부 실시형태에 있어서, 상기 음극 슬러리는 음극 활물질을 포함한다. 상기 음극 활물질은 실리콘계 음극 활물질 또는 탄소계 음극 활물질을 포함한다. 특히, 일부 실시형태에 있어서, 상기 음극 슬러리는 실리콘계 음극 활물질을 포함한다. 부피 변화가 큰 음극 활물질의 경우, 본 발명의 계면 패시베이터 및 이로부터 형성된 삼원계층의 이점은 특히 현저하다. In some embodiments, the negative electrode slurry includes a negative electrode active material. The negative electrode active material includes a silicon-based negative electrode active material or a carbon-based negative electrode active material. In particular, in some embodiments, the negative electrode slurry includes a silicon-based negative electrode active material. In the case of anode active materials with large volume changes, the advantages of the interfacial passivator of the present invention and the ternary layer formed therefrom are particularly significant.
이 밖에, 이하에서는 이차 전지의 각 조성 성분 중 계면 패시베이터를 제외한 성분을 설명한다. In addition, the following describes each component of the secondary battery excluding the interface passivator.
[양극판][Anode plate]
양극판은 양극 집전체 및 양극 집전체의 적어도 일면에 설치된 양극재층을 포함하고, 상기 양극재층은 양극 활물질을 포함한다. The positive electrode plate includes a positive electrode current collector and a positive electrode material layer installed on at least one surface of the positive electrode current collector, and the positive electrode material layer includes a positive electrode active material.
예시적으로, 양극 집전체는 자체의 두께 방향으로 대향하는 2개의 표면을 구비하고, 양극 필름층은 양극 집전체의 대향하는 2개의 표면 중 어느 하나 또는 둘 모두에 설치된다. Illustratively, the positive electrode current collector has two surfaces facing each other in its thickness direction, and the positive electrode film layer is installed on one or both of the two opposing surfaces of the positive electrode current collector.
일부 실시형태에 있어서, 상기 양극 집전체는 금속 호일 또는 복합 집전체를 사용할 수 있다. 예를 들어, 금속 호일은 알루미늄 호일을 사용할 수 있다. 복합 집전체는 고분자 재료 기재층 및 고분자 재료 기재층의 적어도 일면에 형성된 금속층을 포함할 수 있다. 복합 집전체는 금속 재료(알루미늄, 알루미늄 합금, 니켈, 니켈 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 은 및 은 합금 등)에 의해 고분자 재료 기재(예: 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌(PE) 등의 기재)에 형성될 수 있다. In some embodiments, the positive electrode current collector may use a metal foil or a composite current collector. For example, the metal foil can be aluminum foil. The composite current collector may include a polymer material base layer and a metal layer formed on at least one side of the polymer material base layer. Composite current collectors are made by combining metal materials (aluminum, aluminum alloy, nickel, nickel alloy, titanium, titanium alloy, silver and silver alloy, etc.) with a polymer material substrate (e.g., polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyester). It can be formed on substrates such as butylene terephthalate (PBT), polystyrene (PS), and polyethylene (PE).
일부 실시형태에 있어서, 양극 활물질은 본 기술분야에 공지된 전지용 양극 활물질을 사용할 수 있다. 예시로서, 양극 활물질은 올리빈(olivine) 구조의 리튬 함유 인산염, 리튬 전이 금속 산화물 및 이들 각각의 변성 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그러나 본 발명은 이들 재료에 한정되지 않으며, 전지용 양극 활물질로서 사용될 수 있는 다른 통상적인 재료도 사용될 수 있다. 이러한 양극 활물질은 단독으로 사용되거나 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 여기서, 리튬 전이 금속 산화물의 예는 리튬 코발트 산화물(예: LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(예: LiNiO2), 리튬 망간 산화물(예: LiMnO2, LiMn2O4), 리튬 니켈 코발트 산화물, 리튬 망간 코발트 산화물, 리튬 니켈 망간 산화물, 리튬 니켈 코발트 망간 산화물(예: LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(NCM333으로 약칭할 수도 있음), LiNi0 . 5Co0 . 2Mn0 . 3O2(NCM523으로 약칭할 수도 있음), LiNiO . 5Co0 . 25Mn0 . 25O2(NCM211로 약칭할 수도 있음), LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(NCM622로 약칭할 수도 있음), LiNi0 . 8Co0 . 1Mn0 . 1O2(NCM811으로 약칭할 수도 있음), 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물(예: LiNi0 . 85Co0 . 15Al0 . 05O2) 및 이의 변성 화합물 등 중 적어도 하나를 포함하나 이에 한정되지 않는다. 올리빈 구조의 리튬 함유 인산염의 예는 리튬 인산철(예: LiFePO4(LFP로 약칭할 수도 있음)), 리튬 인산철과 탄소의 복합 재료, 인산망간리튬(예: LiMnPO4), 인산망간리튬과 탄소의 복합 재료, 인산철망간리튬, 인산철망간리튬과 탄소의 복합 재료 중 적어도 하나를 포함하나 이에 한정되지 않는다. In some embodiments, the positive electrode active material may be a battery positive active material known in the art. As an example, the positive electrode active material may include at least one of olivine-structured lithium-containing phosphate, lithium transition metal oxide, and each of these modified compounds. However, the present invention is not limited to these materials, and other conventional materials that can be used as positive electrode active materials for batteries can also be used. These positive electrode active materials can be used individually or in combination of two or more types. Here, examples of lithium transition metal oxides include lithium cobalt oxide (e.g. LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (e.g. LiNiO 2 ), lithium manganese oxide (e.g. LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 ), lithium nickel cobalt oxide, lithium. Manganese cobalt oxide, lithium nickel manganese oxide, lithium nickel cobalt manganese oxide ( e.g. LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 (may be abbreviated as NCM 333 ), LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 ( may be abbreviated as NCM 523 ) , LiNi O. 5 Co 0.25 Mn 0.25 O 2 (may be abbreviated as NCM 211 ) , LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 ( NCM 622 ) ( may be abbreviated as NCM 811 ), LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 (may be abbreviated as NCM 811 ), lithium nickel cobalt aluminum oxide ( e.g. LiNi 0.85 Co 0.15 Al 0 . 05 O 2 ) and its modified compounds, etc. Examples of lithium-containing phosphates with an olivine structure include lithium iron phosphate (e.g., LiFePO 4 (may be abbreviated as LFP)), lithium phosphate It includes, but is not limited to, at least one of a composite material of iron and carbon, lithium manganese phosphate (e.g., LiMnPO 4 ), a composite material of lithium manganese phosphate and carbon, lithium iron manganese phosphate, and a composite material of lithium iron manganese phosphate and carbon. .
본 발명의 이차 전지에서, 선택적으로, 상기 양극 활물질은 인터칼레이션-디인터칼레이션 과정에서 전지 활성 이온(예: 리튬 이온, 나트륨 이온 또는 칼륨 이온)의 부피 변화, 및/또는 재료 계면이 전해액에 촉매 작용을 일으키는 재료로부터 선택된다. 일부 실시형태에 있어서, 상기 양극 활물질은 리튬 인산 철(LFP), 리튬 철 망간 인산염(LFMP), 리튬 코발트 산화물, 리튬 니켈 산화물, 리튬 망간 산화물, 리튬 니켈 망간 산화물, 리튬 니켈 코발트 망간 산화물, 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물, 리튬-리치 재료, 나트륨-산소 화합물 또는 칼륨-산소 화합물, 및 상기 화합물에 다른 금속을 첨가하여 얻은 화합물 중 하나 이상으로부터 선택되되, 상기 다른 금속은 전이 금속 및/또는 베릴륨, 마그네슘, 칼슘 및 알루미늄 이외의 비전이 금속 중 하나 이상으로부터 선택된다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 재료에 한정되지 않음을 알고 있다. In the secondary battery of the present invention, optionally, the positive electrode active material changes in the volume of battery active ions (e.g., lithium ions, sodium ions, or potassium ions) during the intercalation-deintercalation process, and/or the material interface changes in the electrolyte solution. It is selected from materials that cause catalysis. In some embodiments, the positive electrode active material is lithium iron phosphate (LFP), lithium iron manganese phosphate (LFMP), lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium manganese oxide, lithium nickel manganese oxide, lithium nickel cobalt manganese oxide, lithium nickel selected from one or more of cobalt aluminum oxide, lithium-rich materials, sodium-oxygen compounds or potassium-oxygen compounds, and compounds obtained by adding other metals to the compounds, wherein the other metals are transition metals and/or beryllium, magnesium, selected from one or more of non-transition metals other than calcium and aluminum. However, those skilled in the art recognize that the present invention is not limited to these materials.
일부 실시형태에 있어서, 양극 필름층은 선택적으로 바인더를 더 포함할 수 있다. 예시로서, 상기 바인더는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 비닐리덴 플루오라이드-테트라플루오로에틸렌-프로필렌 삼원공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로 프로필렌-테트라플루오로에틸렌 삼원공중합체, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로 프로필렌 공중합체 및 불소 함유 아크릴레이트 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. In some embodiments, the positive electrode film layer may optionally further include a binder. As an example, the binder may be polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-propylene terpolymer, vinylidene fluoride-hexafluoro propylene-tetrapolymer. It may include at least one of fluoroethylene terpolymer, tetrafluoroethylene-hexafluoro propylene copolymer, and fluorine-containing acrylate resin.
일부 실시형태에 있어서, 양극 필름층은 선택적으로 도전제를 더 포함할 수 있다. 예시로서, 상기 도전제는 초전도성 탄소, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 케첸 블랙, 카본 도트, 탄소 나노튜브, 그래핀 및 탄소나노섬유 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. In some embodiments, the positive electrode film layer may optionally further include a conductive agent. As an example, the conductive agent may include at least one of superconducting carbon, acetylene black, carbon black, Ketjen black, carbon dots, carbon nanotubes, graphene, and carbon nanofibers.
일부 실시형태에 있어서, 양극판은 양극 활물질, 도전제, 바인더 및 임의의 다른 성분과 같은 양극판 제조를 위한 성분을 용매(예: N-메틸피롤리돈)에 분산시켜 양극 슬러리를 형성하고, 양극 슬러리를 양극 집전체에 코팅한 후, 건조, 냉간 압착 등의 공정을 거쳐 양극판을 얻는 방식을 통해 제조될 수 있다. In some embodiments, the positive electrode plate is prepared by dispersing components for manufacturing the positive electrode plate, such as a positive electrode active material, a conductive agent, a binder, and any other components, in a solvent (e.g., N-methylpyrrolidone) to form a positive electrode slurry, and the positive electrode slurry It can be manufactured by coating a positive electrode current collector and then obtaining a positive electrode plate through processes such as drying and cold pressing.
[음극판][Cathode plate]
음극판은 음극 집전체 및 음극 집전체의 적어도 일면에 설치된 음극 필름층을 포함하고, 상기 음극 필름층은 음극 활물질을 포함한다. The negative electrode plate includes a negative electrode current collector and a negative electrode film layer provided on at least one surface of the negative electrode current collector, and the negative electrode film layer includes a negative electrode active material.
예시로서, 음극 집전체는 자체의 두께 방향으로 대향하는 2개의 표면을 구비하고, 음극 필름층은 음극 집전체의 대향하는 2개의 표면 중 어느 하나 또는 둘 모두에 설치된다. As an example, the negative electrode current collector has two opposing surfaces in its thickness direction, and the negative electrode film layer is provided on one or both of the two opposing surfaces of the negative electrode current collector.
일부 실시형태에 있어서, 상기 음극 집전체는 금속 호일 또는 복합 집전체를 사용할 수 있다. 예를 들어, 금속 호일은 구리 호일을 사용할 수 있다. 복합 집전체는 고분자 재료 기재층 및 고분자 재료 기재의 적어도 일면에 형성된 금속층을 포함할 수 있다. 복합 집전체는 금속 재료(구리, 구리 합금, 니켈, 니켈 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 은 및 은 합금 등)에 의해 고분자 재료 기재(예: 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌(PE) 등 기재)에 형성될 수 있다. In some embodiments, the negative electrode current collector may use a metal foil or a composite current collector. For example, the metal foil can be copper foil. The composite current collector may include a polymer material base layer and a metal layer formed on at least one side of the polymer material base layer. Composite current collectors are made by combining metal materials (copper, copper alloy, nickel, nickel alloy, titanium, titanium alloy, silver and silver alloy, etc.) with a polymer material substrate (e.g., polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyester). It can be formed on base materials such as butylene terephthalate (PBT), polystyrene (PS), and polyethylene (PE).
일부 실시형태에 있어서, 음극 활물질은 본 기술분야에 공지된 전지용 음극 활물질을 사용할 수 있다. 예시로서, 음극 활물질은 인조흑연, 천연흑연, 소프트카본, 하드카본, 실리콘계 재료, 주석계 재료 및 티탄산리튬 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 실리콘계 재료는 홑원소 실리콘, 실리콘 산화물(산화실리콘, 일산화실리콘 등), 실리콘 탄소 복합물, 실리콘 질소 복합물 및 실리콘 합금 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다. 상기 주석계 재료는 원소 주석, 주석 산화물(산화주석) 및 주석 합금 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다. 그러나 본 발명은 이러한 재료에 한정되지 않으며, 전지의 음극 활물질로 사용 가능한 다른 통상적인 재료도 사용할 수 있다. 이러한 음극 활물질은 단독으로 사용하거나 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. In some embodiments, the negative electrode active material may be a negative electrode active material for batteries known in the art. As an example, the negative electrode active material may include at least one of artificial graphite, natural graphite, soft carbon, hard carbon, silicon-based material, tin-based material, and lithium titanate. The silicon-based material may be selected from at least one of simple element silicon, silicon oxide (silicon oxide, silicon monoxide, etc.), silicon carbon composite, silicon nitrogen composite, and silicon alloy. The tin-based material may be selected from at least one of elemental tin, tin oxide (tin oxide), and tin alloy. However, the present invention is not limited to these materials, and other conventional materials that can be used as negative active materials for batteries can also be used. These negative electrode active materials can be used individually or in combination of two or more types.
본 발명에 따른 이차 전지에서, 선택적으로, 상기 음극 활물질은 인터칼레이션-디인터칼레이션 과정에서 전지 활성 이온(예: 리튬 이온, 나트륨 이온 또는 칼륨 이온 등)의 부피 변화, 및/또는 재료 계면이 전해액에 촉매 작용을 일으키는 재료로부터 선택된다. 일부 실시형태에 있어서, 상기 음극 활물질은 실리콘계 음극재 또는 탄소계 음극재로부터 선택된다. 일부 실시형태에 있어서, 선택적으로, 상기 음극 활물질은 흑연, 소프트 카본, 하드 카본, 메소 카본 마이크로스피어, 탄소 섬유, 탄소 나노튜브, 홑원소 실리콘, 실리콘-산소 화합물, 실리콘-탄소 복합체 및 상기 재료에 다른 금속을 첨가하여 얻은 화합물 중 하나 이상으로부터 선택되되, 상기 다른 금속은 전이 금속 및/또는 베릴륨, 마그네슘, 칼슘 및 알루미늄 이외의 비전이 금속 중 하나 이상으로부터 선택된다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 재료에 한정되지 않음을 알고 있다. In the secondary battery according to the present invention, optionally, the negative electrode active material changes the volume of battery active ions (e.g., lithium ions, sodium ions, potassium ions, etc.) during the intercalation-deintercalation process, and/or the material interface. It is selected from materials that cause a catalytic effect in the electrolyte solution. In some embodiments, the negative electrode active material is selected from silicon-based negative electrode materials or carbon-based negative electrode materials. In some embodiments, optionally, the negative electrode active material is graphite, soft carbon, hard carbon, mesocarbon microspheres, carbon fiber, carbon nanotube, simple element silicon, silicon-oxygen compound, silicon-carbon composite, and other materials of the above materials. It is selected from one or more of the compounds obtained by adding a metal, wherein the other metal is selected from one or more of transition metals and/or non-transition metals other than beryllium, magnesium, calcium and aluminum. However, those skilled in the art recognize that the present invention is not limited to these materials.
일부 실시형태에 있어서, 상기 음극 활물질은 실리콘계 음극재로부터 선택된다. 일부 실시형태에 있어서, 상기 음극 활물질은 홑원소 실리콘, 실리콘-산소 화합물, 실리콘-탄소 복합체 중 하나 이상으로부터 선택된다. In some embodiments, the negative electrode active material is selected from silicon-based negative electrode materials. In some embodiments, the negative electrode active material is selected from one or more of simple element silicon, silicon-oxygen compounds, and silicon-carbon composites.
일부 실시형태에 있어서, 음극 필름층은 선택적으로 바인더를 더 포함할 수 있다. 상기 바인더는 스티렌부타디엔고무(SBR), 폴리아크릴산(PAA), 폴리아크릴산나트륨(PAAS), 폴리아크릴아미드(PAM), 폴리비닐 알코올(PVA), 알긴산나트륨(SA), 폴리메타크릴산(PMAA), 아크릴레이트 및 카르복시메틸 키토산(CMCS) 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다. In some embodiments, the negative electrode film layer may optionally further include a binder. The binder is styrenebutadiene rubber (SBR), polyacrylic acid (PAA), sodium polyacrylate (PAAS), polyacrylamide (PAM), polyvinyl alcohol (PVA), sodium alginate (SA), and polymethacrylic acid (PMAA). , acrylate, and carboxymethyl chitosan (CMCS).
일부 실시형태에 있어서, 음극 필름층은 선택적으로 도전제를 더 포함할 수 있다. 도전제는 초전도성 탄소, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 케첸 블랙, 카본 도트, 탄소 나노튜브, 그래핀 및 탄소나노섬유 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다. In some embodiments, the negative electrode film layer may optionally further include a conductive agent. The conductive agent may be selected from at least one of superconducting carbon, acetylene black, carbon black, Ketjen black, carbon dots, carbon nanotubes, graphene, and carbon nanofibers.
일부 실시형태에 있어서, 음극 필름층은 선택적으로 증점제(예: 카르복시메틸 셀룰로오스 나트륨(CMC-Na)) 등과 같은 기타 보조제를 더 포함할 수 있다. In some embodiments, the negative electrode film layer may optionally further include other auxiliaries such as thickeners (eg, carboxymethyl cellulose sodium (CMC-Na)).
일부 실시형태에 있어서, 음극판은 음극 활물질, 도전제, 바인더 및 임의의 다른 성분과 같은 음극판 제조를 위한 성분을 용매(예: 탈이온수)에 분산시켜 음극 슬러리를 형성하고; 음극 슬러리를 음극 집전체에 코팅하며, 건조, 냉간 압착 등 공정을 거쳐 제조될 수 있다. In some embodiments, the negative electrode plate is formed by dispersing components for manufacturing the negative electrode plate, such as the negative electrode active material, conductive agent, binder, and any other components, in a solvent (e.g., deionized water) to form a negative electrode slurry; The negative electrode slurry is coated on the negative electrode current collector and can be manufactured through processes such as drying and cold pressing.
[전해질][Electrolyte]
전해질은 양극판과 음극판 사이에서 이온을 전달하는 역할을 한다. 본 발명은 전해질의 종류에 대해 구체적으로 한정하지 않는 바, 필요에 따라 선택할 수 있다. 예를 들어, 전해질은 액체, 젤 또는 모두 고체일 수 있다. Electrolyte plays a role in transferring ions between the positive and negative plates. The present invention does not specifically limit the type of electrolyte, so it can be selected as needed. For example, the electrolyte can be a liquid, a gel, or both solids.
일부 실시형태에 있어서, 전해질은 액체 상태이며, 전해질 염 및 용매를 포함한다. In some embodiments, the electrolyte is in a liquid state and includes an electrolyte salt and a solvent.
본 발명에서, 전해질 염의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 실제 필요에 따라 선택할 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 전해질 염은 리튬 헥사플루오로포스페이트(LiPF6), 리튬 테트라플루오로보레이트(LiBF4), 리튬 퍼클로레이트(LiClO4), 리튬 헥사플루오로비산염(LiAsF6), 리튬 비스플루오로술포닐이미드(LiFSI), 리튬 비스트리플루오로메탄술포닐이미드(LiTFSI), 리튬 트리플루오로메탄술포네이트(LiCF3SO3), 리튬 디옥살레이트 보레이트, 리튬 디플루오로포스페이트, 리튬 디플루오로옥살레이트 보레이트(LiBOB), 리튬디플루오로디옥살레이트 포스페이트, 리튬 테트라플루오로옥살레이트 포스페이트 및 LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(여기서 x, y는 자연수임) 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다. 상기는 리튬 이온 이차 전지에 사용되는 전해질 염의 예시일 뿐, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 다른 활성 이온을 갖는 이차 전지인 경우, 해당 전해질 염 역시 구체적으로 한정되지 않으며, 실제 필요에 따라 선택할 수 있다. In the present invention, the type of electrolyte salt is not particularly limited and can be selected according to actual needs. In some embodiments, the electrolyte salt is lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), lithium bisfluoro. Sulfonylimide (LiFSI), lithium bistrifluoromethanesulfonylimide (LiTFSI), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), lithium dioxalate borate, lithium difluorophosphate, lithium di Fluoroxalate borate (LiBOB), lithium difluoro dioxalate phosphate, lithium tetrafluoroxalate phosphate and LiN(C x F 2x +1SO 2 )(C y F 2y +1SO 2 ), where x, y is a natural number). The above is only an example of electrolyte salts used in lithium ion secondary batteries, and the present invention is not limited thereto. In the case of a secondary battery having different active ions, the electrolyte salt is also not specifically limited and can be selected according to actual needs.
본 발명에서, 전해액의 유기 용매의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 실제 필요에 따라 선택할 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 상기 유기 용매는 사슬형 카보네이트, 고리형 카보네이트, 카복실레이트, 에테르 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 본 발명은 사슬형 카보네이트, 고리형 카보네이트, 카복실레이트, 에테르의 종류에 대해 구체적으로 한정하지 않으며, 실제 필요에 따라 선택할 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 선택적으로, 상기 유기 용매는 디에틸 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 에틸 메틸 카보네이트, 메틸 프로필 카보네이트, 에틸렌 프로필 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, γ-부티로락톤, 메틸 포르메이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 메틸 프로피오네이트, 에틸 프로피오네이트, 테트라히드로푸란, 디메틸 에테르, 디에틸 에테르, 에틸렌 글리콜 디메틸 에테르 중 하나 이상을 포함할 수 있다. In the present invention, the type of organic solvent of the electrolyte is not particularly limited and can be selected according to actual needs. In some embodiments, the organic solvent may include one or more of chain carbonates, cyclic carbonates, carboxylates, and ethers. The present invention does not specifically limit the types of chain carbonate, cyclic carbonate, carboxylate, and ether, and may be selected according to actual needs. In some embodiments, optionally, the organic solvent is diethyl carbonate, dipropyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethylene propyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, γ-butyrolactone, methyl It may include one or more of formate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, tetrahydrofuran, dimethyl ether, diethyl ether, and ethylene glycol dimethyl ether.
일부 실시형태에 있어서, 전해액은 선택적으로 첨가제를 더 포함할 수 있다. 예시로서, 첨가제는 음극 성막 첨가제, 양극 성막 첨가제를 포함할 수 있고, 전지의 과충전 성능을 개선하기 위한 첨가제, 전지의 고온 또는 저온 성능을 개선하기 위한 첨가제와 같은 전지의 특정 성능을 개선할 수 있는 첨가제를 더 포함할 수 있다. In some embodiments, the electrolyte solution may optionally further include additives. By way of example, the additive may include a negative film forming additive, a positive film forming additive, and an additive that can improve specific performance of the battery, such as an additive to improve the overcharge performance of the battery, and an additive to improve the high or low temperature performance of the battery. Additional additives may be included.
일부 실시형태에 있어서, 상기 전해액 첨가제는 불포화 결합을 포함하는 고리형 카보네이트 화합물, 할로겐 치환 고리형 카보네이트 화합물, 설페이트 화합물, 설파이트 화합물, 설톤 화합물, 디설폰산 화합물, 니트릴 화합물, 방향족 화합물, 이소시아네이트 화합물, 포스파젠 화합물, 고리형 무수물 화합물, 포스파이트 화합물, 포스페이트 화합물, 보레이트 화합물, 카복실레이트 화합물 중 적어도 하나로부터 선택된다. In some embodiments, the electrolyte solution additive is a cyclic carbonate compound containing an unsaturated bond, a halogen-substituted cyclic carbonate compound, a sulfate compound, a sulfite compound, a sultone compound, a disulfonic acid compound, a nitrile compound, an aromatic compound, an isocyanate compound, It is selected from at least one of a phosphazene compound, a cyclic anhydride compound, a phosphite compound, a phosphate compound, a borate compound, and a carboxylate compound.
[분리막][Separator]
일부 실시형태에 있어서, 이차 전지는 분리막을 더 포함한다. 본 발명은 분리막의 종류에 특별한 제한은 없으며, 화학적 안정성 및 기계적 안정성이 우수한 공지된 다공성 구조의 분리막을 선택할 수 있다. In some embodiments, the secondary battery further includes a separator. In the present invention, there is no particular limitation on the type of separator, and a separator with a known porous structure having excellent chemical and mechanical stability can be selected.
일부 실시형태에 있어서, 분리막의 재질은 유리 섬유, 부직포, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리비닐리덴 플루오라이드 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다. 분리막은 단층 필름 또는 다층 복합 필름일 수 있으나 이에 특별히 한정되지 않는다. 분리막이 다층 복합 필름인 경우, 각 층의 재질은 동일하거나 상이할 수 있으나 이에 특별히 한정되지 않는다. In some embodiments, the material of the separator may be selected from at least one of glass fiber, non-woven fabric, polyethylene, polypropylene, and polyvinylidene fluoride. The separator may be a single-layer film or a multi-layer composite film, but is not particularly limited thereto. When the separator is a multilayer composite film, the material of each layer may be the same or different, but is not particularly limited thereto.
일부 실시형태에 있어서, 양극판, 음극판 및 분리막은 권취 공정 또는 적층 공정을 통해 전극 어셈블리로 제조될 수 있다. In some embodiments, the positive electrode plate, negative electrode plate, and separator may be manufactured into an electrode assembly through a winding process or a lamination process.
일부 실시형태에 있어서, 이차 전지는 외부 포장을 포함할 수 있다. 상기 외부 포장은 상기 전극 어셈블리 및 전해질의 패키징을 위한 것이다. In some embodiments, the secondary battery may include external packaging. The outer packaging is for packaging the electrode assembly and electrolyte.
일부 실시형태에 있어서, 이차 전지의 외부 포장은 경질 플라스틱 케이스, 알루미늄 케이스, 스틸 케이스 등과 같은 경질 케이스일 수 있다. 리튬 이온 전지의 외부 포장은 가방형 소프트 패키지와 같은 소프트 패키지일 수도 있다. 소프트 패키지의 재질은 플라스틱일 수 있으며, 플라스틱의 예로는 폴리프로필렌, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 숙시네이트 등이 있다. In some embodiments, the external packaging of the secondary battery may be a hard case such as a hard plastic case, an aluminum case, a steel case, etc. The external packaging of a lithium-ion battery may be a soft package such as a bag-type soft package. The material of the soft package may be plastic, and examples of plastic include polypropylene, polybutylene terephthalate, and polybutylene succinate.
본 발명은 이차 전지의 형상에 대해 특별히 한정하지 않는 바, 원기둥형, 직사각형 또는 다른 임의의 형상일 수 있다. 예를 들어, 도 1은 하나의 예시적인 직사각형 구조의 이차 전지(5)를 도시한다. The present invention does not specifically limit the shape of the secondary battery, and it may be cylindrical, rectangular, or any other shape. For example, Figure 1 shows one exemplary rectangular structure secondary battery 5.
일부 실시형태에 있어서, 도 2를 참조하면, 외부 포장은 케이스(51) 및 커버판(53)을 포함할 수 있다. 여기서, 케이스(51)는 바닥판과 바닥판에 연결된 측판을 포함할 수 있고, 바닥판과 측판은 둘러싸여 수용 캐비티를 형성한다. 케이스(51)는 수용 캐비티와 연통하는 개구를 갖고, 커버판(53)은 상기 개구에 씌움 설치되어 상기 수용 캐비티를 밀폐시킬 수 있다. 양극판, 음극판 및 분리막은 권취 공정 또는 적층 공정을 통해 전극 어셈블리(52)로 형성될 수 있다. 전극 어셈블리(52)는 상기 수용 캐비티 내에 패키징된다. 전해액은 전극 어셈블리(52)에 침윤된다. 이차 전지(5)에 포함되는 전극 어셈블리(52)의 개수는 하나 이상일 수 있고, 이는 당업자가 구체적인 필요에 따라 선택할 수 있다. In some embodiments, referring to Figure 2, the outer packaging may include a case 51 and a cover plate 53. Here, the case 51 may include a bottom plate and a side plate connected to the bottom plate, and the bottom plate and the side plate are surrounded to form a receiving cavity. The case 51 has an opening that communicates with the receiving cavity, and the cover plate 53 can be installed to cover the opening to seal the receiving cavity. The positive electrode plate, negative electrode plate, and separator may be formed into the electrode assembly 52 through a winding process or a lamination process. An electrode assembly 52 is packaged within the receiving cavity. The electrolyte solution permeates the electrode assembly 52. The number of electrode assemblies 52 included in the secondary battery 5 may be one or more, which can be selected by a person skilled in the art according to specific needs.
일부 실시형태에 있어서, 이차 전지는 전지 모듈로 조립될 수 있고, 전지 모듈에 포함된 이온 전지의 개수는 하나 이상일 수 있으며, 구체적인 개수는 당업자가 전지 모듈의 응용 및 용량에 따라 선택할 수 있다. In some embodiments, the secondary battery may be assembled into a battery module, and the number of ion batteries included in the battery module may be one or more, and the specific number may be selected by a person skilled in the art depending on the application and capacity of the battery module.
도 3은 하나의 예시적인 전지 모듈(4)을 도시한다. 도 3을 참조하면, 전지 모듈(4)에서, 복수의 이차 전지(5)는 전지 모듈(4)의 길이 방향에 따라 순차적으로 배열 설치될 수 있다. 물론, 다른 임의의 방식에 따라 배열될 수도 있다. 또한, 체결구를 통해 상기 복수의 이차 전지(5)를 고정할 수 있다. 3 shows one exemplary battery module 4. Referring to FIG. 3 , in the battery module 4, a plurality of secondary batteries 5 may be sequentially arranged and installed along the longitudinal direction of the battery module 4. Of course, it may also be arranged according to any other manner. Additionally, the plurality of secondary batteries 5 can be fixed through a fastener.
선택적으로, 전지 모듈(4)은 수용 공간을 갖는 케이스를 더 포함할 수 있고, 복수의 이차 전지(5)는 상기 수용 공간에 수용된다. Optionally, the battery module 4 may further include a case having an accommodating space, and a plurality of secondary batteries 5 are accommodated in the accommodating space.
일부 실시형태에 있어서, 상기 전지 모듈은 또한 전지 팩으로 조립될 수 있고, 전지 팩에 포함된 전지 모듈의 개수는 하나 이상일 수 있으며, 구체적인 개수는 당업자가 전지 팩의 응용 및 용량에 따라 선택할 수 있다. In some embodiments, the battery modules may also be assembled into a battery pack, and the number of battery modules included in the battery pack may be one or more, and the specific number may be selected by a person skilled in the art according to the application and capacity of the battery pack. .
도 4 및 도 5는 하나의 예시적인 전지 팩(1)을 도시한다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 전지 팩(1)은 전지 박스 및 전지 박스에 설치된 복수의 전지 모듈(4)을 포함할 수 있다. 전지 박스는 상부 박스체(2) 및 하부 박스체(3)를 포함하며, 상부 박스체(2)는 하부 박스체(3)에 씌움 설치될 수 있고, 전지 모듈(4)을 수용하기 위한 밀폐 공간을 형성할 수 있다. 복수의 전지 모듈(4)은 임의의 방식에 따라 전지 박스에 배열될 수 있다. 4 and 5 show one exemplary battery pack 1. Referring to FIGS. 4 and 5 , the battery pack 1 may include a battery box and a plurality of battery modules 4 installed in the battery box. The battery box includes an upper box (2) and a lower box (3), where the upper box (2) can be installed to cover the lower box (3) and is sealed to accommodate the battery module (4). Space can be formed. A plurality of battery modules 4 may be arranged in the battery box according to any method.
이 밖에, 본 발명은 또한 전기 장치를 제공한다. 상기 전기 장치는 본 발명에서 제공되는 이차 전지, 전지 모듈 또는 전지 팩 중 하나 이상을 포함한다. 상기 이차 전지, 전지 모듈 또는 전지 팩은 상기 장치의 전원으로 사용될 수 있거나, 상기 전기 장치의 에너지 저장 유닛으로 사용될 수 있다. 상기 전기 장치는 이동 기기(예: 핸드폰, 노트북 컴퓨터 등), 전기 자동차(예: 순수 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 플러그인 하이브리드 전기 자동차, 전기 자전거, 전기 스쿠터, 전기 골프 카트, 전기 트럭 등), 전기 기차, 선박 및 위성, 에너지 저장 시스템 등일 수 있지만 이에 한정되지 않는다. In addition, the present invention also provides an electrical device. The electric device includes one or more of a secondary battery, a battery module, or a battery pack provided by the present invention. The secondary battery, battery module, or battery pack may be used as a power source for the device or may be used as an energy storage unit for the electric device. The electric devices include mobile devices (e.g. cell phones, laptop computers, etc.), electric vehicles (e.g. pure electric vehicles, hybrid electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, electric bicycles, electric scooters, electric golf carts, electric trucks, etc.), electric vehicles, etc. This may be, but is not limited to, trains, ships and satellites, energy storage systems, etc.
상기 전기 장치는 사용 필요에 따라 이차 전지, 전지 모듈 또는 전지 팩을 선택할 수 있다. The electric device may select a secondary battery, battery module, or battery pack depending on usage needs.
도 6은 하나의 예시적인 전기 장치를 도시한다. 상기 전기 장치는 순수 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 또는 플러그인 하이브리드 전기 자동차 등이다. 이차 전지의 고전력 및 고에너지 밀도에 대한 상기 전기 장치의 요구를 만족시키기 위해, 전지 팩 또는 전지 모듈을 사용할 수 있다. 6 shows one example electrical device. The electric device may be a pure electric vehicle, a hybrid electric vehicle, or a plug-in hybrid electric vehicle. In order to satisfy the electric device's requirements for high power and high energy density of secondary batteries, a battery pack or battery module can be used.
다른 예시로서, 장치는 핸드폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터 등일 수 있다. 상기 장치는 통상적으로 가볍고 얇아야 하므로, 이차 전지를 전원으로 사용할 수 있다. As another example, the device may be a cell phone, tablet computer, laptop computer, etc. Since the device typically needs to be light and thin, a secondary battery can be used as a power source.
실시예Example
이하, 본 발명의 실시예를 설명한다. 이하에서 설명하는 실시예들은 예시적인 것으로 본 발명을 해석하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 한정하는 것으로 이해해서는 안된다. 실시예에 구체적인 기술이나 조건이 명시되어 있지 않은 경우에는 당업계의 문헌에 기술된 기술이나 조건 또는 제품 사양에 따라 수행된다. 사용되는 시약이나 기구는 제조사가 명시되어 있지 않는 경우 모두 시중에서 구할 수 있는 기존 제품이다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. The embodiments described below are illustrative and are only for interpreting the present invention, and should not be construed as limiting the present invention. If specific techniques or conditions are not specified in the examples, they are performed according to techniques, conditions, or product specifications described in literature in the art. If the manufacturer of the reagents or instruments used is not specified, they are all commercially available products.
본 발명의 실시예 및 비교예의 이차 전지는 모두 하기 방법에 따라 제조된다.The secondary batteries of the Examples and Comparative Examples of the present invention were all manufactured according to the following method.
1. 양극판의 제조1. Manufacturing of positive plate
하기 표 1에 따라, 양극 활물질, 도전제인 아세틸렌 블랙, 바인더인 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)를 90:5:5의 중량비로 용매인 N-메틸피롤리돈(NMP)에 용해시킨 후, (있는 경우) 여기에 본 발명의 계면 패시베이터를 첨가하고, 충분히 교반하고 균일하게 혼합하여 양극 슬러리를 얻었다. 그 후 상기 양극 슬러리를 0.2 mg/mm2 로딩량으로 양극 집전체의 알루미늄 호일에 균일하게 도포한 후, 건조, 냉간 압착하여 57000 mm2의 양극판으로 절단하였다. According to Table 1 below, the positive electrode active material, acetylene black as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder were dissolved in N-methylpyrrolidone (NMP) as a solvent at a weight ratio of 90:5:5, ( (if present) The interface passivator of the present invention was added here, stirred sufficiently and mixed uniformly to obtain a positive electrode slurry. Thereafter, the positive electrode slurry was uniformly applied to the aluminum foil of the positive electrode current collector at a loading amount of 0.2 mg/mm 2 , dried, cold pressed, and cut into 57,000 mm 2 positive electrode plates.
하기 각 표에서, 양극재층 또는 음극재층이 계면 패시베이터를 포함하는 경우, 계면 패시베이터의 함량은 각각 양극재층 또는 음극재층의 건조 중량을 기준으로 한 중량%(wt%)이고; 전해액이 계면 패시베이터를 포함하는 경우, 계면 패시베이터의 함량은 전해액 총 중량을 기준으로 한 중량%이다. In each table below, when the anode material layer or the cathode material layer includes an interface passivator, the content of the interface passivator is weight% (wt%) based on the dry weight of the anode material layer or the cathode material layer, respectively; When the electrolyte includes an interfacial passivator, the content of the interfacial passivator is expressed in weight percent based on the total weight of the electrolyte.
2. 음극판의 제조2. Manufacturing of cathode plate
하기 표 2에 따라, 각각의 음극 활물질, 도전제인 아세틸렌 블랙, 바인더인 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 증점제인 소디움 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)를 90:4:4:2의 중량비로 용매인 탈이온수에 용해시킨 후, (있는 경우) 여기에 본 발명의 계면 패시베이터를 첨가하고, 충분히 교반하고 균일하게 혼합하여 음극 슬러리를 얻었다. 그 후 음극 슬러리를 0.12mg/mm2 로딩량으로 음극 집전체의 구리 호일에 1회 이상 균일하게 도포하고, 건조, 냉간 압착하여 60000mm2의 음극판으로 절단하였다. According to Table 2 below, each negative electrode active material, acetylene black as a conductive agent, styrene-butadiene rubber (SBR) as a binder, and sodium carboxymethylcellulose (CMC) as a thickener were mixed in deionized water as a solvent at a weight ratio of 90:4:4:2. After dissolving in , the interfacial passivator of the present invention (if present) was added thereto, stirred sufficiently and mixed uniformly to obtain a cathode slurry. Afterwards, the negative electrode slurry was uniformly applied at least once to the copper foil of the negative electrode current collector at a loading amount of 0.12 mg/mm 2 , dried, cold pressed, and cut into 60,000 mm 2 negative electrode plates.
*여기서 “/”는 “및”을 의미하는 바, 즉 “칼슘 비스(노나플루오로부틸술포닐)이미드/과염소산마그네슘”은 “칼슘 비스(노나플루오로부틸술포닐)이미드 및 과염소산마그네슘”을 의미한다. 하기에서 유사 표현의 의미도 마찬가지이다. *Here, “/” means “and”, that is, “calcium bis(nonafluorobutylsulfonyl)imide/magnesium perchlorate” is “calcium bis(nonafluorobutylsulfonyl)imide and magnesium perchlorate” means. The meaning of similar expressions below is also the same.
3. 전해액의 제조3. Preparation of electrolyte solution
하기 표 3에 따라, 아르곤 분위기(H2O<0.1ppm, O2<0.1ppm) 글러브 박스에서, 유기 용매인 에틸렌 카보네이트(EC)와 에틸 메틸 카보네이트(EMC)를 3/7의 부피비로 균일하게 혼합하고, 혼합된 유기 용매에 12.5 중량%의 헥사플루오로포스페이트(LiPF6)을 첨가하여 전해질 염에 용해시킨 후, 1 중량%의 1,3-프로판술톤(PS), 0.5%의 에틸렌 설페이트(DTD), 0.5%의 비닐렌 카보네이트(VC) 및 2%의 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC)를 첨가제로 첨가한 후, (있는 경우) 본 발명의 계면 패시베이터를 첨가하고, 균일하게 교반하여 전해액을 얻었다. 모든 중량%는 모두 전해액의 총 중량을 기준으로 한다. According to Table 3 below, in an argon atmosphere (H 2 O<0.1ppm, O 2 <0.1ppm) glove box, the organic solvents ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) were uniformly mixed at a volume ratio of 3/7. After mixing, 12.5% by weight of hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was added to the mixed organic solvent and dissolved in the electrolyte salt, followed by 1% by weight of 1,3-propanesultone (PS) and 0.5% of ethylene sulfate ( DTD), 0.5% vinylene carbonate (VC) and 2% fluoroethylene carbonate (FEC) are added as additives, then the interfacial passivator of the present invention (if present) is added and stirred uniformly to form an electrolyte solution. got it All weight percentages are based on the total weight of the electrolyte.
4. 이차 전지의 제조4. Manufacturing of secondary batteries
(1) 하기 표 4에 따라, 각각 양극판, 분리막, 음극판을 순서대로 적층하여 양극과 음극판 사이에 분리막을 위치시키고 밀착시켜 분리 역할을 하도록 한 후, 권취하여 전극 어셈블리를 얻고; 전극 어셈블리를 전지 케이스에 넣고 건조시킨 후, 2.4g/Ah의 양으로 전해액을 주입하여 새로 제조된 이차 전지를 얻었다. (1) According to Table 4 below, the positive electrode plate, separator, and negative electrode plate are stacked in that order, the separator is placed between the positive and negative electrode plates, brought into close contact to serve as a separation, and then wound to obtain an electrode assembly; After the electrode assembly was placed in a battery case and dried, an electrolyte solution was injected at an amount of 2.4 g/Ah to obtain a newly manufactured secondary battery.
(2) 상기 이차 전지의 화성: 폐쇄 상압에서 화성하되, 화성 온도는 45℃이고, 전류는 0.1C이며, 전압은 3~4.3V이고, 그 후 방치하여 최종적으로 본 발명의 실시예 및 비교예의 이차 전지를 제조하였다. (2) Formation of the secondary battery: The formation is performed at closed atmospheric pressure, the formation temperature is 45°C, the current is 0.1C, the voltage is 3 to 4.3V, and then left to stand, and finally, the embodiments and comparative examples of the present invention are formed. A secondary battery was manufactured.
5. 테스트5. Test
5.1 삼원계층의 검출5.1 Detection of three-way hierarchy
고체 핵자기 공명, X선 분말 회절(XRD), X선 전자 분광법(XPS), 라만 분광법과 같은 당업계의 통상적인 수단 또는 상기 수단의 조합을 사용하여 삼원계층을 검출할 수 있다. Ternary layers can be detected using conventional means in the art, such as solid-state nuclear magnetic resonance, X-ray powder diffraction (XRD), X-ray electron spectroscopy (XPS), Raman spectroscopy, or a combination of the above.
5.2 초기 이차 전지 내부 저항 및 1000 사이클 후 이차 전지 내부 저항5.2 Initial secondary battery internal resistance and secondary battery internal resistance after 1000 cycles
(1) 상기와 같이 제조된 이차 전지(이하, "새로운 전지"로 지칭됨)를 45℃에서 1C 정전류로 4.3V까지 충전한 후, 4.3V 정전압으로 전류가 0.05C 이하에 도달할 때까지 충전하고, 그 후 리튬 이온 전지를 1C 정전류로 3.0V까지 방전하였는데, 이는 하나의 충방전 과정(즉, 1 사이클)이다. 이와 같이 1000사이클을 반복하여 45℃에서 1000 사이클 후 이차 전지(이하, "45℃에서 1000 사이클 후 전지"로 지칭됨)를 얻었다. (1) Charge the secondary battery manufactured as above (hereinafter referred to as “new battery”) to 4.3V at 1C constant current at 45°C, and then charge at 4.3V constant voltage until the current reaches 0.05C or less. Then, the lithium ion battery was discharged to 3.0V at a constant current of 1C, which is one charge/discharge process (i.e., 1 cycle). In this way, 1000 cycles were repeated to obtain a secondary battery after 1000 cycles at 45°C (hereinafter referred to as “battery after 1000 cycles at 45°C”).
(2) 25℃에서, 상기와 같은 새로운 전지 및 45℃에서 1000 사이클 후 전지를 모두 1C 정전류로 4.3V까지 충전한 후, 4.3V 정전압으로 전류가 0.05C 이하에 도달할 때까지 충전하고, 그 후 1C로 30min 동안 방전하였는데, 즉 이차 전지의 전력량을 전지 충전 상태(SOC)의 50%로 조정하였다. 그 후 TH2523A AC내부 저항 테스터(Tonghui Electronics)의 양극 및 음극 테스트 리드를 테스트할 이차 전지의 양극 및 음극에 각각 접촉시키고, 내부 저항 테스터를 통해 전지 내부 저항 값을 판독하여 각각 초기 이차 전지 내부 저항 및 1000 사이클 후 이차 전지 내부 저항으로 기록하였다. (2) At 25°C, both the new battery as above and the battery after 1000 cycles at 45°C were charged to 4.3V at a constant current of 1C, then charged at a constant voltage of 4.3V until the current reached 0.05C or less, and then Afterwards, it was discharged at 1C for 30 minutes, that is, the power amount of the secondary battery was adjusted to 50% of the battery state of charge (SOC). Afterwards, the positive and negative test leads of the TH2523A AC internal resistance tester (Tonghui Electronics) are contacted to the positive and negative electrodes of the secondary battery to be tested, respectively, and the battery internal resistance value is read through the internal resistance tester to determine the initial secondary battery internal resistance and The internal resistance of the secondary battery was recorded after 1000 cycles.
5.3 45℃에서 1000 사이클 후 용량 유지율5.3 Capacity retention after 1000 cycles at 45°C
상기 테스트에는 우한 블루 일렉트릭을 *?*사용하였다. 45℃에서, 이차 전지를 1C 정전류로 4.3V까지 충전한 후, 4.3V 정전압으로 전류가 0.05C 이하에 도달할 때까지 충전하고, 그 후 리튬 이온 전지를 1C 정전류로 3.0V까지 방전하였는데, 이는 하나의 충방전 과정(즉, 1 사이클, 또는 첫번째 사이클)으로, 첫번째 사이클 후 방전 용량을 기록하였다. 이와 같이 1000 사이클을 반복하여 1000번째 사이클 후 방전 용량을 기록하였다. 다음 공식에 따라 이차 전지의 1000 사이클 후 용량 유지율을 계산하였다. Wuhan Blue Electric was used in the above test. At 45°C, the secondary battery was charged to 4.3V at a 1C constant current, then charged at a 4.3V constant voltage until the current reached 0.05C or less, and then the lithium ion battery was discharged to 3.0V at a 1C constant current, which is With one charge/discharge process (i.e., 1 cycle, or first cycle), the discharge capacity was recorded after the first cycle. In this way, 1000 cycles were repeated, and the discharge capacity was recorded after the 1000th cycle. The capacity maintenance rate of the secondary battery after 1000 cycles was calculated according to the following formula.
45℃에서 1000 사이클 후 리튬 이온 전지의 용량 유지율(%)=(1000번째 사이클 후 방전 용량/첫번째 사이클 후 방전 용량)Х100%. Capacity retention rate of lithium-ion battery after 1000 cycles at 45℃ (%) = (discharge capacity after 1000th cycle/discharge capacity after first cycle)Х100%.
5.4 60℃에서 300일 동안 저장 후 용량 유지율5.4 Capacity retention rate after storage at 60℃ for 300 days
25℃에서, 1C 정전류로 전압이 4.3V에 도달할 때까지 충전한 후, 4.3V 정전압으로 전류가 0.05C에 도달할 때까지 충전하고, 그 후 리튬 이온 전지를 1C 정전류로 3.0V까지 방전하였는데, 이는 하나의 충방전 과정(즉, 1 사이클, 또는 첫번째 사이클)으로, 이때 이차 전지의 첫번째 사이클 후 방전 용량을 테스트하였다. 그 후 상기 완전히 충전된 이차 전지를 60℃ 인큐베이터에 넣어 300일 동안 저장하고, 300일 저장 후 방전 용량을 테스트하였다. At 25°C, the battery was charged at a 1C constant current until the voltage reached 4.3V, then charged at a 4.3V constant voltage until the current reached 0.05C, and then the lithium ion battery was discharged to 3.0V at a 1C constant current. , This is one charge/discharge process (i.e., 1 cycle, or first cycle), and the discharge capacity of the secondary battery was tested after the first cycle. Thereafter, the fully charged secondary battery was placed in an incubator at 60°C and stored for 300 days, and the discharge capacity was tested after 300 days of storage.
60℃에서 300일 동안 저장 후 리튬 이온 전지의 용량 유지율(%)=(300일 동안 저장 후 방전 용량/첫번째 사이클 후 방전 용량)Х100%. Capacity retention rate of lithium-ion battery after storage for 300 days at 60℃ (%) = (Discharge capacity after storage for 300 days/Discharge capacity after first cycle)Х100%.
위의 테스트 결과를 하기 표 5~9에 기록하였다.The above test results are recorded in Tables 5 to 9 below.
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상기 표에서 알 수 있듯이, 비교예 1에서, 양극 활물질이 LFP이고, 음극 활물질이 실리콘-탄소 복합 재료인 이차 전지에는 본 발명의 계면 패시베이터가 포함되지 않아 상기 이차 전지의 사이클 수명이 매우 불량하다. 이와 비교하여, 실시예 1~2 및 4~5의 이차 전지에는 본 발명의 계면 패시베이터가 함유되어 있어 효과적으로 용량 유지율을 향상시키고, 전지 임피던스를 낮추며, 전지 성능을 향상시킬 수 있다. As can be seen from the table above, in Comparative Example 1, the secondary battery in which the positive electrode active material is LFP and the negative electrode active material is a silicon-carbon composite material does not include the interface passivator of the present invention, so the cycle life of the secondary battery is very poor. . In comparison, the secondary batteries of Examples 1 to 2 and 4 to 5 contain the interfacial passivator of the present invention, which can effectively improve capacity retention, lower battery impedance, and improve battery performance.
어떠한 이론에도 얽매이지 않고, 비교예 1에서 이와 같이 불량한 사이클 수명을 갖는 이유는 주로 음극에 포함된 실리콘-탄소 복합 재료가 충방전 사이클의 리튬 디인터칼레이션-리튬 인터칼레이션 과정에서 부피 변화가 커 계면 성분의 파열 및 재생성이 발생하기 ??문이다. 여러 사이클 후 계면 성분이 두꺼워진다. 따라서, 비교예 1의 이차 전지는 1000 사이클 후 이차 전지 내부 저항이 크고; 또한, 계면의 파괴 및 재성장으로 인해 활성 리튬이 소모되며, 이는 또한 사이클 과정에서 용량 유지율의 급속한 감소를 초래한다. 이 밖에, 완전히 충전된 실리콘계 음극의 높은 계면 활성으로 인해 과도한 전해액 소모가 초래되므로, 60℃에서 300일 동안 저장 후 용량 유지율이 낮다. 그러나, 본 발명의 이차 전지는 포함된 계면 패시베이터가 충방전 사이클 과정에서 음극재층과 전해액의 계면에 삼원계 계면 패시베이션층을 생성하므로, 음극 계면의 반응 활성이 감소된다. 또한, 사이클 수가 증가할 수록 본 발명의 이차 전지의 상기 장점은 더욱 두드러지게 된다. Without being bound by any theory, the reason for such poor cycle life in Comparative Example 1 is mainly because the silicon-carbon composite material contained in the negative electrode changes in volume during the lithium deintercalation-lithium intercalation process of the charge/discharge cycle. This is because rupture and regeneration of the interface components occur. After several cycles, the interfacial component thickens. Therefore, the secondary battery of Comparative Example 1 had a large secondary battery internal resistance after 1000 cycles; Additionally, the destruction and regrowth of the interface consumes active lithium, which also results in a rapid decrease in capacity retention over the course of the cycle. In addition, the high surface activity of a fully charged silicon-based anode results in excessive electrolyte consumption, so the capacity retention rate is low after storage at 60°C for 300 days. However, in the secondary battery of the present invention, the interface passivator included creates a ternary interface passivation layer at the interface between the cathode material layer and the electrolyte solution during the charge/discharge cycle process, so the reaction activity of the cathode interface is reduced. Additionally, as the number of cycles increases, the above advantages of the secondary battery of the present invention become more prominent.
이 밖에, 상기 표의 데이터로부터 또한 실시예 3의 이차 전지에는 코발트염이 포함되고, 실시예 6의 이차 전지에는 망간염이 포함되어 있으나 실시예 1~2 및 4~5와 같은 유익한 효과를 구현할 수 없고, 오히려 전지의 성능이 악화됨을 알 수 있다. In addition, from the data in the table above, the secondary battery of Example 3 contains a cobalt salt, and the secondary battery of Example 6 contains a manganese salt, but the same beneficial effects as Examples 1 to 2 and 4 to 5 can be achieved. There is none, and rather, it can be seen that the performance of the battery deteriorates.
상기 표에서 알 수 있듯이, 비교예 2에서, 양극 활물질이 NCM811이고, 음극 활물질이 실리콘-탄소 복합 재료인 이차 전지는 전지 사이클 수명이 매우 불량하다. 그러나, 실시예 7~8(음극재층에 계면 패시베이터가 포함됨) 및 10~11(전해액에 계면 패시베이터가 포함됨)의 이차 전지는 현저히 개선된 사이클 성능을 나타낸다. As can be seen from the table above, in Comparative Example 2, the secondary battery in which the positive electrode active material was NCM811 and the negative electrode active material was a silicon-carbon composite material had very poor battery cycle life. However, the secondary batteries of Examples 7 to 8 (the anode material layer included an interface passivator) and 10 to 11 (the electrolyte contained an interface passivator) showed significantly improved cycle performance.
어떠한 이론에도 얽매이지 않고, 비교예 2의 이차 전지가 이와 같이 불량한 사이클 수명을 갖는 이유는 실리콘-탄소 재료 자체의 큰 부피 변화 및 NCM811의 불안정한 구조 외에, 전이 금속 이온의 이동 및 촉매 작용도 계면 불안정을 초래하는 중요한 영향 요인 중 하나이다. Without being bound by any theory, the reason why the secondary battery of Comparative Example 2 has such a poor cycle life is that, in addition to the large volume change of the silicon-carbon material itself and the unstable structure of NCM811, the movement and catalytic action of transition metal ions are also interfacial instability. is one of the important influencing factors that cause
본 발명의 실시예 7~8 및 10~11에서, 계면 패시베이터를 포함함으로써, 이러한 다가 염은 실리콘과 계면 패시베이션층을 형성하여 전극-전해액 계면을 안정화할 수 있다. 본 발명의 이차 전지는 용량 유지율을 현저히 향상시키고, 이차 전지의 임피던스를 낮추며, 이차 전지의 성능을 개선할 수 있다. In Examples 7 to 8 and 10 to 11 of the present invention, by including an interfacial passivator, this polyvalent salt can form an interfacial passivation layer with silicon to stabilize the electrode-electrolyte interface. The secondary battery of the present invention can significantly improve the capacity retention rate, lower the impedance of the secondary battery, and improve the performance of the secondary battery.
반면, 실시예 9의 음극에는 코발트염이 포함되고, 실시예 12의 전해액에는 망간염이 포함되어 사이클 성능을 개선하지 못한다. On the other hand, the cathode of Example 9 contained a cobalt salt, and the electrolyte of Example 12 contained a manganese salt, which did not improve cycle performance.
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비교예 2에서, NCM811을 양극으로 하는 이차 전지에 미변성 실리콘-탄소 복합 재료를 사용하는 경우, 이차 전지의 사이클 수명이 매우 불량하다. In Comparative Example 2, when an unmodified silicon-carbon composite material is used in a secondary battery using NCM811 as the anode, the cycle life of the secondary battery is very poor.
실시예 13, 실시예 15~16 및 18~19의 이차 전지에는 칼슘, 마그네슘, 알루미늄, 베릴륨의 계면 패시베이터가 포함되어 효과적으로 용량 유지율을 개선하고, 전지 임피던스를 낮추며, 전지 성능을 개선한다. The secondary batteries of Example 13, Examples 15 to 16, and 18 to 19 contain interfacial passivators of calcium, magnesium, aluminum, and beryllium to effectively improve capacity retention, lower battery impedance, and improve battery performance.
반면, 실시예 14, 17 및 20에는 니켈, 코발트, 망간의 염이 포함되어 이차 전지의 성능을 악화시킨다.On the other hand, Examples 14, 17, and 20 contain salts of nickel, cobalt, and manganese, which deteriorates the performance of the secondary battery.
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비교예 2에서, 양극재가 NCM811인 이차 전지에 본 발명의 계면 패시베이터를 사용하지 않아 이차 전지의 사이클 수명이 불량하다. In Comparative Example 2, the interface passivator of the present invention was not used in a secondary battery whose cathode material was NCM811, and the cycle life of the secondary battery was poor.
실시예 21~22의 이차 전지에는 칼슘, 마그네슘, 알루미늄, 베릴륨의 유기 염 또는 무기 염이 포함되므로, 현저히 개선된 사이클 성능을 갖는다. 반면, 실시예 23~27의 이차 전지에는 니켈, 코발트, 망간의 염이 포함되어 이차 전지의 성능 악화 작용이 현저하다. 여기서, 실시예 24 및 25에서, 음극에 코발트가 포함되어 성능이 악화될 수 있으나, 양극 및 전해액에 베릴륨, 마그네슘 또는 알루미늄이 포함되므로 악화 정도를 약간 감소할 수 있다.Since the secondary batteries of Examples 21 and 22 contain organic or inorganic salts of calcium, magnesium, aluminum, and beryllium, they have significantly improved cycle performance. On the other hand, the secondary batteries of Examples 23 to 27 contained salts of nickel, cobalt, and manganese, which significantly deteriorated the performance of the secondary batteries. Here, in Examples 24 and 25, the performance may be deteriorated because the cathode contains cobalt, but the degree of deterioration can be slightly reduced because the anode and electrolyte solution contain beryllium, magnesium, or aluminum.
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실시예 28에서, 인산알루미늄을 사용하여 음극 활물질의 표면을 피복하였는데, 이 경우 비교예 2와 비교하여 전지의 성능에 대해 일정한 개선 작용이 있으나 개선 폭이 미미하였다. 이러한 피복층은 결합이 안정적이고, 음극 활물질과 작용하여 본 발명에 기술된 바와 같은 삼원계층을 쉽게 생성하지 않으며; 반면 피복층은 여러 사이클 후에도 불가피하게 계면층 파열이 발생하므로 성능 개선 효과가 매우 제한적이다. In Example 28, the surface of the negative electrode active material was coated with aluminum phosphate. In this case, there was a certain improvement in battery performance compared to Comparative Example 2, but the extent of the improvement was minimal. This coating layer has a stable bond and does not easily interact with the negative electrode active material to form a ternary layer as described in the present invention; On the other hand, the performance improvement effect of the coating layer is very limited because the interfacial layer inevitably ruptures even after several cycles.
실시예 7의 음극재에 계면 패시베이터 칼슘염을 도입하면, 비교예 2와 비교하여 이차 전지의 종합 성능을 현저히 개선할 수 있으며, 개선 폭이 실시예 28보다 훨씬 높다. 실시예 29 및 실시예 30의 재료에 2종의 다가 염을 도입하면, 실시예 7에 1종의 다가 염을 도입한 것에 비해 이차 전지의 성능을 현저히 개선할 수 있다. 이는 조합 첨가제의 작용 효과가 단일 염의 개선 작용보다 우수함을 나타낸다. By introducing the interface passivator calcium salt into the negative electrode material of Example 7, the overall performance of the secondary battery can be significantly improved compared to Comparative Example 2, and the extent of improvement is much higher than that of Example 28. By introducing two types of polyvalent salts into the materials of Examples 29 and 30, the performance of the secondary battery can be significantly improved compared to introducing one type of polyvalent salt in Example 7. This indicates that the action effect of the combined additive is superior to the improving action of a single salt.
실시예 2와 비교하여, 실시예 31~50에서는 각각 양극, 음극 및 전해액에 다가 염 첨가제의 상이한 양의 첨가를 탐구하였다. 그 결과, 첨가제를 포함하지 않은 비교예 2와 비교하여, 실시예 31~50의 이차 전지에는 칼슘, 마그네슘, 알루미늄, 베릴륨의 유기 염 또는 무기 염이 포함되어 셀 성능에 현저한 개선 작용이 있음을 알 수 있다. Compared to Example 2, Examples 31-50 explored the addition of different amounts of polyvalent salt additives to the anode, cathode, and electrolyte, respectively. As a result, compared to Comparative Example 2, which did not contain additives, it was found that the secondary batteries of Examples 31 to 50 contained organic or inorganic salts of calcium, magnesium, aluminum, and beryllium, resulting in a significant improvement in cell performance. You can.
본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않는다는 점에 유의해야 한다. 본 발명의 기술적 해결수단의 범위 내에서 기술적 사상과 동일한 구성을 갖고 동일한 작용 및 효과를 발휘하는 실시형태는 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다. 또한, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자가 생각해낼 수 있는 다양한 변형을 실시형태에 가할 수 있고, 실시형태 중의 일부 구성 요소를 조합하여 구성된 다른 형태도 본 발명의 범위 내에 포함된다. It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiments. All embodiments that have the same technical idea and configuration and exhibit the same operation and effect within the scope of the technical solution of the present invention are included in the technical scope of the present invention. In addition, various modifications that can be conceived by a person skilled in the art may be made to the embodiment without departing from the spirit of the present invention, and other forms formed by combining some of the components in the embodiment are also included within the scope of the present invention.
1: 전지 팩
2: 상부 박스체
3: 하부 박스체
4: 전지 모듈
5: 이차 전지
51: 케이스
52: 전극 어셈블리
53: 탑 커버 어셈블리1: Battery pack
2: Upper box
3: Lower box
4: Battery module
5: Secondary battery
51: case
52: electrode assembly
53: Top cover assembly
Claims (19)
음극재층을 포함하는 음극판, 양극재층을 포함하는 양극판 및 전해액을 포함하고; 상기 음극재층, 양극재층 및 전해액 중 적어도 하나에는 계면 패시베이터가 포함되며, 상기 계면 패시베이터는 원소 E를 포함하는 화합물이고, 상기 E는 리튬, 나트륨, 베릴륨, 마그네슘, 칼륨, 칼슘, 알루미늄, 갈륨 또는 게르마늄으로부터 선택되는 이차 전지.As a secondary battery,
It includes a negative electrode plate including a negative electrode material layer, a positive electrode plate including a positive electrode material layer, and an electrolyte solution; At least one of the cathode material layer, the anode material layer, and the electrolyte solution includes an interface passivator, and the interface passivator is a compound containing the element E, where E is lithium, sodium, beryllium, magnesium, potassium, calcium, aluminum, and gallium. or a secondary battery selected from germanium.
상기 음극재층의 표면은 A-D-E 삼원계층을 갖되, A는 알칼리 금속 원소로부터 선택되고 E와 상이하며, D는 실리콘 또는 탄소이고; 상기 A-D-E 삼원계층은 상기 이차 전지의 적어도 1회 충전 과정에서 상기 계면 패시베이터가 상기 음극재층의 표면에 작용하여 형성된 것인 이차 전지.According to paragraph 1,
The surface of the cathode material layer has an ADE ternary layer, where A is selected from alkali metal elements and is different from E, and D is silicon or carbon; The ADE ternary layer is a secondary battery formed by the interface passivator acting on the surface of the negative electrode material layer during at least one charging process of the secondary battery.
상기 계면 패시베이터는 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 알루미늄 및 갈륨의 화합물 중 적어도 하나로부터 선택되고; 선택적으로, 상기 계면 패시베이터는 베릴륨, 마그네슘, 칼슘 및 알루미늄의 화합물 중 적어도 하나로부터 선택되는 이차 전지.According to claim 1 or 2,
the interface passivator is selected from at least one of compounds of beryllium, magnesium, calcium, aluminum and gallium; Optionally, the interfacial passivator is selected from at least one of compounds of beryllium, magnesium, calcium and aluminum.
상기 계면 패시베이터는 치환 또는 비치환된 C1-20 카르복실레이트 중 적어도 하나로부터 선택되고, 치환기는 C1-6 알킬, C2-6 시클로알킬, 히드록실, 아미노, 옥소기, 아실, C1-6 알킬티오, 페닐, 벤조일티오, 페닐티오 및 페녹시; 이미노산염; 에노산염; 인산염; 황산염; 술폰이미드염; 술폰산염; 벤조산염; 프탈산염; 아세틸아세토네이트; 무기 옥소산염; 및 상기 E의 2종 이상의 양이온을 포함하는 복염으로부터 선택되는 1종 또는 복수종인 이차 전지.According to any one of claims 1 to 3,
The interface passivator is selected from at least one of substituted or unsubstituted C 1-20 carboxylates, and the substituent is C 1-6 alkyl, C 2-6 cycloalkyl, hydroxyl, amino, oxo group, acyl, C 1-6 alkylthio, phenyl, benzoylthio, phenylthio and phenoxy; iminoates; enoates; phosphate; sulfate; sulfonimide salt; sulfonate; benzoate; phthalate; acetylacetonate; inorganic oxoates; and a secondary battery of one or more types selected from double salts containing two or more types of cations of the above E.
상기 계면 패시베이터는 상기 양극재층, 상기 음극재층 및 상기 전해액 중 적어도 하나에 블렌딩되는 이차 전지.According to any one of claims 1 to 4,
A secondary battery in which the interface passivator is blended into at least one of the positive electrode material layer, the negative electrode material layer, and the electrolyte solution.
상기 A-D-E 삼원계층은 Li-Si-Ca, Li-Si-Mg, Li-Si-Be, Li-Si-Al, Li-C-Ca, Li-C-Mg, Li-C-Be, Li-C-Al, Na-Si-Ca, Na-Si-Mg, Na-Si-Be, Na-Si-Al, Na-C-Ca, Na-C-Mg, Na-C-Be, Na-C-Al 삼원계층 및 이들의 조합으로부터 선택되고;
선택적으로, 상기 A-D-E 삼원계층은 Li-Si-Ca, Li-Si-Mg, Li-Si-Be, Li-Si-Al, Na-Si-Ca, Na-Si-Mg, Na-Si-Be, Na-Si-Al 삼원계층 및 이들의 조합으로부터 선택되는 이차 전지.According to any one of claims 1 to 5,
The ADE ternary layer is Li-Si-Ca, Li-Si-Mg, Li-Si-Be, Li-Si-Al, Li-C-Ca, Li-C-Mg, Li-C-Be, Li-C -Al, Na-Si-Ca, Na-Si-Mg, Na-Si-Be, Na-Si-Al, Na-C-Ca, Na-C-Mg, Na-C-Be, Na-C-Al selected from ternary hierarchies and combinations thereof;
Optionally, the ADE ternary layer is Li-Si-Ca, Li-Si-Mg, Li-Si-Be, Li-Si-Al, Na-Si-Ca, Na-Si-Mg, Na-Si-Be, A secondary battery selected from Na-Si-Al ternary layers and combinations thereof.
상기 적어도 1회 충전 전, 상기 양극재층의 총 중량을 기준으로, 상기 양극재층은 0.001 중량% 내지 20 중량%, 선택적으로는 1 중량% 내지 10 중량%의 상기 계면 패시베이터를 포함하는 이차 전지.According to any one of claims 2 to 6,
Before charging at least once, the positive electrode material layer includes 0.001% to 20% by weight, optionally 1% to 10% by weight of the interface passivator, based on the total weight of the positive electrode material layer.
상기 적어도 1회 충전 전, 상기 음극재층의 총 중량을 기준으로, 상기 음극재층은 0.001 중량% 내지 20 중량%, 선택적으로는 0.05 중량% 내지 5 중량%의 상기 계면 패시베이터를 포함하는 이차 전지.According to any one of claims 2 to 7,
Before charging at least once, the negative electrode material layer includes 0.001% to 20% by weight, optionally 0.05% to 5% by weight of the interfacial passivator, based on the total weight of the negative electrode material layer.
상기 적어도 1회 충전 전, 상기 전해액의 총 중량을 기준으로, 상기 전해액은 0.001 중량% 내지 20 중량%, 선택적으로는 0.1 중량% 내지 5 중량%의 상기 계면 패시베이터를 포함하는 이차 전지.According to any one of claims 2 to 8,
Before charging at least once, the electrolyte includes 0.001% to 20% by weight, optionally 0.1% to 5% by weight of the interfacial passivator, based on the total weight of the electrolyte.
상기 음극재층은 음극 활물질을 포함하고, 상기 음극 활물질의 D50은 1 μm 내지 20 μm, 선택적으로는 1 μm 내지 10 μm인 이차 전지.According to any one of claims 1 to 9,
A secondary battery wherein the negative electrode material layer includes a negative electrode active material, and the D50 of the negative electrode active material is 1 μm to 20 μm, optionally 1 μm to 10 μm.
상기 음극재층은 음극 활물질을 포함하고, 상기 음극 활물질의 Span 값은 0.9 내지 1.8, 선택적으로는 0.9 내지 1.2이되;
이며,
D90, D10 및 D50은 각각 누적 분포 백분율이 90%, 10% 및 50%일 때 대응되는 입경을 나타내는 이차 전지.According to any one of claims 1 to 10,
The negative electrode material layer includes a negative electrode active material, and the Span value of the negative electrode active material is 0.9 to 1.8, optionally 0.9 to 1.2;
and
D90, D10, and D50 represent the corresponding particle sizes when the cumulative distribution percentage is 90%, 10%, and 50%, respectively.
상기 이차 전지는,
i) 음극재층을 포함하는 음극판, 양극재층을 포함하는 양극판 및 전해액을 제공하여 사이클을 거치지 않은 이차 전지를 제조하되; 상기 음극재층, 양극재층 및 전해액 중 적어도 하나에는 계면 패시베이터가 포함되고, 상기 계면 패시베이터는 원소 E를 포함하는 화합물이며, 상기 E는 리튬, 나트륨, 베릴륨, 마그네슘, 칼륨, 칼슘, 알루미늄, 갈륨 또는 게르마늄으로부터 선택되는 단계; 및
ii) 상기 사이클을 거치지 않은 이차 전지에 대해 적어도 1회 충방전 사이클을 수행하는 단계를 통해 제조되는 이차 전지.As a secondary battery,
The secondary battery is,
i) A secondary battery that has not been cycled is manufactured by providing a negative electrode plate including a negative electrode material layer, a positive electrode plate including a positive electrode material layer, and an electrolyte solution; At least one of the cathode material layer, the anode material layer, and the electrolyte solution includes an interface passivator, and the interface passivator is a compound containing the element E, where E is lithium, sodium, beryllium, magnesium, potassium, calcium, aluminum, and gallium. or selected from germanium; and
ii) A secondary battery manufactured through the step of performing at least one charge/discharge cycle on a secondary battery that has not gone through the above cycle.
i) 음극재층을 포함하는 음극판, 양극재층을 포함하는 양극판 및 전해액을 제공하여 사이클을 거치지 않은 이차 전지를 제조하되; 상기 음극재층, 양극재층 및 전해액 중 적어도 하나에는 계면 패시베이터가 포함되며, 상기 계면 패시베이터는 원소 E를 포함하는 화합물이고, 상기 E는 리튬, 나트륨, 베릴륨, 마그네슘, 칼륨, 칼슘, 알루미늄, 갈륨 또는 게르마늄으로부터 선택되는 단계; 및
ii) 상기 사이클을 거치지 않은 이차 전지에 대해 적어도 1회 충방전 사이클을 수행하여 A-D-E 삼원계층을 형성함으로써 상기 이차 전지를 얻되; A는 알칼리 금속 원소로부터 선택되고 E와 상이하며, D는 실리콘 또는 탄소인 단계를 포함하는 방법.As a method of manufacturing a secondary battery,
i) A secondary battery that has not been cycled is manufactured by providing a negative electrode plate including a negative electrode material layer, a positive electrode plate including a positive electrode material layer, and an electrolyte solution; At least one of the cathode material layer, the anode material layer, and the electrolyte solution includes an interface passivator, and the interface passivator is a compound containing the element E, where E is lithium, sodium, beryllium, magnesium, potassium, calcium, aluminum, and gallium. or selected from germanium; and
ii) performing at least one charge/discharge cycle on the secondary battery that has not gone through the cycle to form an ADE ternary layer to obtain the secondary battery; A is selected from an alkali metal element and is different from E, and D is silicon or carbon.
상기 계면 패시베이터는 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 알루미늄 및 갈륨의 화합물 중 적어도 하나로부터 선택되고; 선택적으로, 상기 계면 패시베이터는 베릴륨, 마그네슘, 칼슘 및 알루미늄의 화합물 중 적어도 하나로부터 선택되는 방법.According to clause 13,
the interface passivator is selected from at least one of compounds of beryllium, magnesium, calcium, aluminum and gallium; Optionally, the interfacial passivator is selected from at least one of compounds of beryllium, magnesium, calcium and aluminum.
상기 계면 패시베이터는 치환 또는 비치환된 C1-20 카르복실레이트 중 적어도 하나로부터 선택되고, 치환기는 C1-6 알킬, C2-6 시클로알킬, 히드록실, 아미노, 옥소기, 아실, C1-6 알킬티오, 페닐, 벤조일티오, 페닐티오 및 페녹시; 이미노산염; 에노산염; 인산염; 황산염; 술폰이미드염; 술폰산염; 벤조산염; 프탈산염; 아세틸아세토네이트; 무기 옥소산염; 및 2종 이상의 상기 비전이 금속 양이온을 포함하는 복염으로부터 선택되는 1종 또는 복수종인 방법.According to claim 13 or 14,
The interface passivator is selected from at least one of substituted or unsubstituted C 1-20 carboxylates, and the substituent is C 1-6 alkyl, C 2-6 cycloalkyl, hydroxyl, amino, oxo group, acyl, C 1-6 alkylthio, phenyl, benzoylthio, phenylthio and phenoxy; iminoates; enoates; phosphate; sulfate; sulfonimide salt; sulfonate; benzoate; phthalate; acetylacetonate; inorganic oxoates; and a method of one or more types selected from polysalts containing two or more types of non-transition metal cations.
단계 i)에서 상기 계면 패시베이터는 상기 양극재층, 상기 음극재층 및 상기 전해액 중 적어도 하나에 블렌딩되는 방법.According to any one of claims 13 to 15,
In step i), the interfacial passivator is blended into at least one of the anode material layer, the cathode material layer, and the electrolyte solution.
A secondary battery according to any one of claims 1 to 12 or a secondary battery obtained by the method according to any one of claims 13 to 16, a battery module according to claim 17, or a battery according to claim 18. An electrical device containing at least one of the packs.
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